Brevet FR2875666A1 — publié le 20060324

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'UN SIGNAL VIDEO VISANT A COMPENSER LES DEFAUTS DE DISPOSITIFS D'AFFICHAGE L'invention concerne un procédé et un dispositif de traitement d'images vidéo visant à compenser les défauts de certains dispositifs d'affichage, notamment des dispositifs d'affichage non-linéaires (e.g. les tubes à rayons cathodiques (CRTs Cathode Ray Tube en anglais)). Un signal vidéo peut être représenté dans différents espaces reliés entre eux par une fonction de transfert. Ainsi, l'espace de représentation des niveaux de couleurs est constitué d'un ensemble d'entiers, variant par exemple entre 0 et 255. L'espace de visualisation est, quant à lui, l'espace dans lequel le signal optique est généré et perçu. Dans la plupart des dispositifs d'affichage d'images vidéo, l'espace de représentation des niveaux de couleurs et l'espace de visualisation sont liés par une loi non linéaire appelée fonction de transfert électrooptique ou plus communément loi gamma. L'intensité lumineuse reproduite à l'écran est donc une fonction non linéaire du niveau de couleur à l'entrée du dispositif d'affichage. La fonction de transfert liant les deux espaces de représentation est caractéristique du type de dispositif d'affichage. Dans le cas des tubes à rayons cathodiques, la loi gamma du tube a la forme suivante: non, = Nou, n;,, est le niveau d'entrée - no,,, est le niveau de sortie - N,,, est le niveau maximal caractérisant n;,, Nou, est le niveau maximal caractérisant nou, - y est le coefficient caractérisant la fonction de transfert Selon l'état de l'art, il est connu pour estimer la loi gamma d'un dispositif d'affichage d'afficher sur celui-ci une série d'images uniformes dont le niveau varie de 0 à 255. On mesure alors le niveau de lumière L(n) émis par l'écran pour chaque niveau d'entrée n, puis on normalise cette courbe par le maximum de ces niveaux d'entrée: 7 = 255*L(n)!L(255). La figure 1 et la figure 2 illustrent un procédé de traitement selon l'état de l'art d'un signal vidéo pré-corrigé (figure 1) ou non (figure 2) par une loi gamma inverse, visant à réduire les défauts visuels dus au dispositif d'affichage. La fonction de transfert (également appelée loi postérieure dans la suite du document), décrite précédemment et référencée 15 dans la figure 1, a la particularité d'atténuer les pixels sombres. II est connu de pré- corriger le signal vidéo initial issu de la caméra par une loi gamma inverse 11 (également appelée loi antérieure dans la suite du document) de manière à compenser cette atténuation avant de transmettre ce signal corrigé au dispositif d'affichage. Ce traitement qui est généralement effectué au niveau de la caméra n'est pas obligatoire. La valeur de gamma utilisée pour pré-corriger le signal vidéo initial est connue et spécifiée dans divers documents notamment les Recommendations de l'ITU pour la télévision (e.g. ITU-R BT.709-5, Basic Parameters Values for HDTV, ITU-R BT.470-6, Conventional Television System). En outre, avant d'afficher le signal vidéo transmis sur l'écran, il peut être nécessaire d'appliquer un traitement vidéo 13 sur le signal vidéo pré- corrigé ou non afin par exemple d'améliorer la qualité du signal qui sera affiché. Le traitement vidéo pourra être, par exemple, une réinterpolation d'images vidéo visant à corriger des distorsions sur les images. Les distorsions sont dues au dispositif d'affichage. Lorsqu'un tel traitement vidéo est appliqué, il est nécessaire de travailler dans un espace linéaire par rapport à l'espace de visualisation. En effet, dans le cas contraire on verrait apparaître sur l'image affichée des défauts dépendants du traitement. Par exemple, dans le cas d'une ré-interpolation la luminosité d'un point de l'image pourra varier selon qu'il est ré-interpolé sur un ou sur n pixels. En effet, dans ce cas, la somme visuelle des intensités des n pixels n'est pas la même que celle du pixel seul si l'espace de traitement n'est pas un espace linéaire par rapport à l'espace de visualisation. A cet effet, comme illustré figure 1, il est connu d'inverser de part et d'autre du bloc de traitement 13, la loi antérieure 11 si le signal initial a été 35 pré-corrigé et d'inverser la loi postérieure 15, respectivement dans les blocs 12 et 14. Le dispositif d'affichage modifie suivant la loi gamma caractéristique du dispositif d'affichage le signal vidéo ainsi corrigé. Cependant, comme décrit précédemment, un signal vidéo peut être généré et produit par la caméra sans avoir été au préalable pré-corrigé par une loi gamma inverse Il. Dans ce cas, comme illustré figure 2, il est connu d'appliquer le traitement vidéo directement sur le signal vidéo initial 21. Le signal ainsi obtenu est corrigé par une loi gamma inverse 22, afin de compenser l'atténuation des points sombres introduite par la fonction de transfert du tube. Le dispositif d'affichage 23 modifie le signal vidéo ainsi corrigé suivant la loi gamma caractéristique du dispositif d'affichage. Le procédé selon l'état de la technique, s'il permet de corriger certains défauts (e.g. atténuation des points sombres), ne tient pas compte de certaines caractéristiques de certains dispositifs d'affichage qui dépendent de la direction de visualisation (e.g. recouvrement inter-pixel, forme du spot). Ainsi, dans le cas de l'application d'un traitement vidéo qui s'applique successivement sur les composantes horizontales (X) et verticales de l'image (Y), l'application d'une loi gamma globale peut entraîner des défauts visuels. Le terme loi gamma globale signifie une loi qui s'applique de la même manière que l'on traite les composantes verticales ou horizontales du signal vidéo. Des défauts d'atténuation locale des signaux rouge, vert et bleu, générant des défauts colorés sont, par exemple, visibles dans le cas où l'on applique un traitement de réinterpolation d'une image couleur. Il est donc souhaitable pour traiter le signal vidéo de tenir compte de la direction (horizontale ou verticale) de traitement. A cet effet, la présente invention propose un procédé ayant pour objectif de diminuer certains défauts visuels en appliquant une loi gamma différente dans chacune des directions de traitement (horizontale et verticale). Selon l'invention, on propose de traiter un signal vidéo comprenant une composante horizontale et une composante verticale, avant l'affichage du signal par un dispositif d'affichage, selon les étapes suivantes: correction du signal vidéo par une loi gamma spécifique associée à une première composante parmi les composantes horizontale et verticale du signal vidéo, premier traitement vidéo agissant sur la première composante du signal vidéo corrigé, application, sur le signal vidéo traité, d'une loi intermédiaire réalisant le passage d'un espace linéaire par rapport à la première composante vers un espace linéaire par rapport à l'autre des composantes horizontale et verticale, appelée deuxième composante, deuxième traitement vidéo agissant sur la deuxième composante du signal vidéo issu de l'étape précédente, et correction du signal vidéo traité par une loi gamma inverse spécifique associée à la deuxième composante du signal vidéo. L'ordre de traitement des composantes du signal n'a pas d'importance. Selon un mode préféré de réalisation, la loi gamma intermédiaire est une composition de la loi associée à la deuxième composante et de la loi gamma inverse associée à la première composante. En effet, après avoir traité le signal suivant l'une de ces composantes, il convient de se placer dans un espace linéaire suivant l'autre composante. Ainsi, si l'on a traité la composante Y en premier, il convient ensuite de se placer dans un espace linéaire en X. Selon un mode préféré de réalisation, on corrige le signal vidéo par les différentes lois gamma et on applique la loi intermédiaire en utilisant des tables de correspondance qui à chaque niveau d'entrée du signal vidéo associent un niveau de sortie calculé selon la loi adéquate. Avantageusement, les premier et deuxième traitements vidéo sont des traitements de ré-interpolation du signal vidéo, respectivement selon la première composante et selon la deuxième composante du signal. Selon un mode préféré de réalisation, la ré-interpolation du signal vidéo consiste en un filtrage du signal, le filtre utilisé étant un filtre polyphase. Selon un mode préféré de réalisation, on augmente la résolution en nombre de bits (ou dynamique) du signal vidéo lors de l'étape de correction par une loi gamma spécifique associée à la première composante du signal vidéo, et on retourne à la résolution initiale lors de l'étape de correction par une loi gamma inverse spécifique associée à la deuxième composante du signal vidéo. Cette augmentation de la résolution en nombre de bits pourra permettre d'éliminer les artefacts de quantification restants. L'invention s'appliquera avantageusement aux dispositifs d'affichage nonmatriciels. L'invention concerne également un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé. Selon l'invention le dispositif comprend: des moyens pour corriger le signal vidéo par une loi gamma spécifique associée à une première composante parmi les composantes horizontale et verticale du signal vidéo, des moyens pour appliquer un premier traitement vidéo (52, 53) agissant sur la première composante du signal vidéo corrigé, des moyens pour appliquer sur le signal vidéo traité, une loi intermédiaire réalisant le passage d'un espace linéaire par rapport à la première composante vers un espace linéaire par rapport à l'autre des composantes horizontale et verticale, appelée deuxième composante; les moyens générant un signal intermédiaire, des moyens pour appliquer un deuxième traitement vidéo agissant sur la deuxième composante du signal vidéo intermédiaire et des moyens pour corriger le signal vidéo traité par une loi gamma inverse spécifique associée à la deuxième composante du signal vidéo. L'invention sera mieux comprise et illustrée au moyen d'exemples 20 de modes de réalisation et de mise en oeuvre avantageux, nullement limitatifs, en référence aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 illustre un procédé de traitement d'un signal vidéo selon l'état de l'art, visant à réduire les défauts visuels dus au dispositif d'affichage, dans le cas où le signal vidéo initial a été 25 pré-corrigé par une loi gamma inverse; la figure 2 illustre un procédé de traitement d'un signal vidéo selon l'état de l'art, visant à réduire les défauts visuels dus au dispositif d'affichage, dans le cas où le signal vidéo initial n'a pas été pré-corrigé par une loi gamma inverse; la figure 3 illustre un procédé de traitement d'un signal vidéo selon l'invention, visant à réduire les défauts visuels dus au dispositif d'affichage, dans le cas où le signal vidéo initial a été pré-corrigé par une loi gamma inverse; la figure 4 illustre un procédé de traitement d'un signal vidéo 35 selon l'invention, visant à réduire les défauts visuels dus au 10 15 dispositif d'affichage, dans le cas où le signal vidéo initial n'a pas été pré- corrigé par une loi gamma inverse; et la figure 5 illustre un dispositif de traitement d'un signal vidéo selon l'invention, visant à réduire les défauts visuels dus au dispositif d'affichage. Le procédé selon l'invention est illustré par les figures 3 et 4. Il est référencé 3 dans la figure 3 et 4 dans la figure 4. Le procédé comporte 5 étapes référencées 32 à 36 dans la figure 3 et référencées 41 à 45 dans la figure 4. La première étape 32 du procédé 3 (étape 41 dans le procédé 4) selon l'invention consiste à se placer dans un espace linéaire en Y. A cet effet, on applique sur le signal vidéo initial, pré-corrigé 31 ou non par une loi gamma inverse globale, une loi y,, caractéristique de la direction verticale. Pour appliquer cette loi, il est connu d'utiliser une table de correspondance qui va associer à chaque niveau d'entrée un niveau de sortie calculé selon la loi gamma inverse adéquate. Pendant cette opération, on pourra augmenter la résolution en nombre de bits. Ceci permettra notamment d'éliminer certains artefacts de quantification. Les étapes suivantes seront donc réalisées avec une dynamique en nombre de bits plus importante et un retour à la dynamique initiale sera fait lors de l'application de la dernière loi gamma. Dans le cas où, le signal vidéo initial aura été pré-corrigé par une loi gamma inverse globale, la loi y,, 32 est une composition de la loi tir,, et de la loi gamma globale, soit: yy = titYoy où o est la loi de composition des fonctions et titi, correspond à l'écart entre la loi gamma globale et la loi yy mesurée en Y. y,, est estimé directement selon une méthode décrite dans la suite du document. La loi gamma étant connue, on en déduit la loi Y' P. Dans le cas où, le signal vidéo initial n'aura pas été pré-corrigé par une loi gamma inverse globale, la loi y,, 41 est égale à la loi titi, : y,, = . Afin de compenser les distorsions introduites par le dispositif d'affichage, un traitement vidéo permettant de corriger ces distorsions est appliqué sur le signal vidéo. Ce traitement pourra par exemple être un filtrage des images de la séquence vidéo. Plus précisément, on pourra appliquer un traitement de ré- interpolation des images. On pourra également appliquer un autre traitement vidéo répondant à un besoin technique particulier du dispositif d'affichage. A cet effet, la seconde étape selon l'invention 33, 42 consiste donc à réinterpoler l'image vidéo en Y en appliquant sur les pixels un filtre dépendant du déplacement en Y à réaliser. On pourra par exemple appliquer un filtre polyphase dont la phase sera calculée à partir du décalage de la position du point à calculer. Ainsi la phase sera nulle si le point se situe sur la grille initiale. Elle sera de +0.5 si, le point se trouve décalé de Y pixel par rapport à la grille initiale. On pourra appliquer tout autre type de filtre permettant de ré-interpoler une image (e.g. filtre bicubique, bilinéaire). Selon l'invention, après avoir traité les composantes verticales du signal vidéo, on traite les composantes horizontales du signal vidéo. On doit alors se placer dans un espace linéaire en X. A cet effet, dans une troisième étape 34, 43, on applique sur le signal vidéo issu de l'étape précédente la fonction intermédiaire suivante yintentiéa. = yxoyy-'. Pour cette étape, on pourra également utiliser une table de correspondance qui à chaque niveau d'entrée va associer un niveau de sortie calculé selon la loi y;ntennédiaire. La fonction yx sera estimée avec la méthode décrite plus loin dans la description. Selon l'invention, la quatrième étape 35, 44 consiste donc à réinterpoler l'image vidéo en X en appliquant sur les pixels un filtre dépendant du déplacement en X à réaliser. Enfin, la cinquième étape 36, 45 consiste à corriger le signal traité en appliquant sur le signal la loi yX' caractéristique de la direction horizontale. Pour cette étape, on pourra également utiliser une table de correspondance qui devra restituer la dynamique initiale si celle-ci a été modifiée. Lors des cinq étapes décrites précédemment, on pourrait également commencer par traiter le signal suivant la composante horizontale (X) et puis traiter par la suite le signal suivant la composante verticale (Y). Le signal vidéo ainsi traité sera ensuite affiché par le dispositif d'affichage 37, 46. Selon l'invention, on adapte la méthode d'estimation de la loi gamma selon l'état de l'art, décrite précédemment, afin d'estimer les lois yx et y, . A cet effet, on affiche pour estimer yx uniquement des lignes horizontales de 1 pixel de haut séparées par un nombre suffisant de lignes noires pour éliminer les influences en Y pouvant intervenir de pixel à pixel (par exemple 4 lignes noires). On mesure alors le niveau de lumière L(n) émis par l'écran pour chaque niveau d'entrée n, puis on normalise cette courbe par le maximum de ces niveaux d'entrée: y x = 255*L(n)/L(255). On procède de la même manière pour estimer ry, en utilisant des lignes verticales de largeur 1 pixel séparées par un nombre suffisant de colonnes noires. L'invention concerne également un dispositif 5 relié à un dispositif d'affichage 54 visant à mettre en oeuvre le procédé décrit précédemment. Seuls les éléments essentiels du dispositif sont représentés sur la figure 5. Le dispositif selon l'invention contient notamment une mémoire 52 dans laquelle sont stockées les tables de correspondance utilisées pour le traitement par les différentes lois gamma 32, 34, 36, 41, 43, 45. Le dispositif comprend également une unité de traitement 53 telle qu'un microprocesseur ou similaire comprenant les programmes de traitement, notamment le programme de ré-interpolation. L'unité de traitement comprend également les fonctions de conversion permettant le traitement par les différentes lois gamma 32, 34, 36, 41, 43, 45. Ces fonctions exploitent les tables de correspondances stockées dans la mémoire. En outre, le dispositif contient une interface d'entrées/sorties 51 pour recevoir le signal vidéo d'entrée, pré-corrigé ou non par la loi gamma, et transmettre le signal vidéo traité selon le procédé 3, 4 de l'invention au dispositif d'affichage. Revendications 1. Procédé de traitement d'un signal vidéo comprenant une composante verticale et une composante horizontale, avant l'affichage dudit signal par un dispositif d'affichage, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: correction (32, 41) dudit signal vidéo par une loi gamma spécifique associée à une première composante parmi lesdites composantes horizontale et verticale dudit signal vidéo, premier traitement vidéo (33, 42) agissant sur ladite première composante du signal vidéo corrigé, application (34, 43), sur le signal vidéo traité, d'une loi intermédiaire réalisant le passage d'un espace linéaire par rapport à la première composante vers un espace linéaire par rapport à l'autre desdites composantes horizontale et verticale, appelée deuxième composante, deuxième traitement vidéo (35, 44) agissant sur ladite deuxième composante du signal vidéo issu de l'étape précédente, et correction (36, 45) du signal vidéo traité par une loi gamma inverse spécifique associée à la deuxième composante du signal vidéo. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la loi gamma intermédiaire (34, 43) est une composition de la loi associée à la deuxième composante et de la loi gamma inverse associée à la première composante. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les corrections par les différentes loi gamma et l'application de la loi intermédiaire s'effectuent à l'aide de tables de correspondance qui à chaque niveau d'entrée du signal vidéo associent un niveau de sortie calculé selon la loi adéquate. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les premier et deuxième traitements vidéo sont des traitements de réinterpolation du signal vidéo, respectivement selon la première composante et selon la deuxième composante dudit signal. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la réinterpolation du signal vidéo consiste en un filtrage dudit signal et en ce que le filtre utilisé est un filtre polyphase. 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on augmente la résolution en nombre de bits du signal vidéo lors de l'étape de correction par la loi gamma (32, 41) spécifique associée à la première composante du signal vidéo, et en ce que l'on retourne à la résolution initiale en nombre de bits lors de l'étape de correction par la loi gamma inverse (36, 45) spécifique associée à la deuxième composante du signal vidéo. 7. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il s'applique aux dispositifs d'affichage non matriciels. 8. Dispositif (5) de traitement d'un signal vidéo comprenant une composante verticale et une composante horizontale, avant son affichage par un dispositif d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour corriger (52, 53) ledit signal vidéo par une loi gamma spécifique associée à une première composante parmi lesdites composantes horizontale et verticale dudit signal vidéo, des moyens pour appliquer un premier traitement vidéo (52, 53) agissant sur ladite première composante du signal vidéo corrigé, des moyens pour appliquer (52, 53), sur le signal vidéo traité, une loi intermédiaire réalisant le passage d'un espace linéaire par rapport à la première composante vers un espace linéaire par rapport à l'autre desdites composantes horizontale et verticale, appelée deuxième composante; lesdits moyens générant un signal intermédiaire, des moyens pour appliquer un deuxième traitement (52, 53) vidéo agissant sur la ladite deuxième composante du signal vidéo intermédiaire, et des moyens pour corriger (36, 45) le signal vidéo traité par une loi gamma inverse spécifique associée à la deuxième composante du signal vidéo. 25 30 35