FR 2561054 A1 19850913 FR 8403641 A 19840309 256 1054 PROCEDE D'INSERTION DE SIGNAUX NUMERIQUES DANS UN SIGNAL DE TELEVISION ET DECODEUR DE TELS SIGNAUX NUMERIQUES L'invention est relative à un procédé d'insertion de données numériques, de préférence binaires, dans un signal vidéo-composite, notamment de télévision. Elle concerne également un décodeur pour extraire les signaux numériques du signal vidéo-composite. On sait que des expériences sont en cours pour transmettre simultanément des informations télévisées, généralement analo- g!ques, et d'autres informations sous forme numérique, ces dernières ne pouvant être reproduites sur un récepteur de télévision que si cet appareil est équipé d'un décodeur. Pour la transmission des informations numériques on utilise les lignes, pendant l'intervalle de suppression trame, inutilisées pour transmettre l'information télévisée habituelle. Etant donné qu'on souhaite transmettre un nombre maximum d'informations en un temps donné, la densité d'informations binaires insérées dans l'image de télévision est importante, de l'ordre de 40 octets par ligne de balayage horizontal. Les décodeurs et les autres équipements utilisés pour exploiter cette information numérique doivent présenter une bande passante compatible avec cette densité d'informations. Cette bande passante est de 6,2 mégahertz dans le procédé de multiplexage connu sous la dénomination "Didon". L'invention résulte de la constatation que cette bande passante est trop large pour être compatible avec les équipements micro- informatiques, notamment les convertisseurs série-parallèle, utilisés de façon courante. Ainsi un grand nombre de convertisseurs série- parallèle actuellement vendus dans le commerce ont une bande passante de l'ordre de 1 à 2 mégahertz. De plus la bande passante de 6 mégahertz est souvent incompatible avec la bande passante, limitée à 5 mégahertz, de la majorité des magnétoscopes disponibles sur le marché; en d'autres termes les informations numériques transmises par le réseau public de télévision ne sont pas enregis- trables sur la plupart des magnétoscopes. En outre elles ne peuvent pas être traitées par un microordinateur qui reçoit les signaux de télévision par l'intermédiaire d'un convertisseur série-parallèle à bande passante étroite. Enfin les décodeurs sont d'un prix relati- vement élevé. L'invention permet de remédier à ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que les données numériques sont insérées à chaque ligne du signal vidéo-composite entre le palier arrière de l'intervalle de suppression ligne et le signal d'image proprement dit. Dans le procédé SECAM de télévision en couleurs la période séparant la fin du palier arrière de suppression ligne du début du signal d'image qui, jusqu'à présent était inutilisée, a une durée de 1 microseconde. De préférence on insère un seul chiffre binaire par ligne, ce chiffre occupant toute cette durée. Il est également possible d'enregistrer plusieurs signaux binaires par ligne. Toutefois il est préférable de limiter ce nombre à 5 pour que les signaux binaires soient enregistrables de façon correcte à l'aide d'un magnétoscope ou dans la mémoire d'un micro-ordinateur par l'inter- médiaire d'un convertisseur série-parallèle de type courant. Les niveaux du signal binaire sont, de préférence, les niveaux de noir et de blanc du signal de télévision, le noir représentant par exemple le "0" et le blanc le "1". Ces signaux numériques sont par exemple transmis par le réseau public de télévision. Ils peuvent être également insérés dans des images de télévision enregistrées sur bande magnétique ou sur vidéo-disque. On peutainsi réaliser un système dit "conversationnel" ou "interactif" mettant en jeu un magnétoscope ou un lecteur de vidéo-disques, un microordinateur et un récepteur ou moniteur de télévision qui permet un dialogue entre l'utilisateur et les infor- mations visuelles et sonores enregistrées sur la bande ou sur le disque. Dans une réalisation les informations numériques ne sont insérées que dans les lignes utiles pour la transmission de l'image. De cette manière on ne perturbe ni la période de suppression trame ni les premières lignes, qui peuvent contenir des signaux d'identi- fication de couleurs ou de l'information dite "télétexte". Autrement dit le procédé d'insertion selon l'invention peut être utilisé en même temps que les procédés connus qui occupent une bande de fréquences plus importante. Un décodeur capable d'extraire le signal numérique du signal de télévision comprend, dans un exemple, un convertisseur série- parallèle, un comparateur dont la sortie est reliée à l'entrée série du convertisseur et dont la première entrée reçoit le signal de télé- vision et la seconde entrée un signal de référence de niveau intermédiaire entre les niveaux du blanc et du noir, et un circuit de validation appliquant sur l'entrée de validation du convertisseur un signal seulement pendant l'intervalle de temps séparant la fin du palier de suppression ligne du début du signal d'image. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparai- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation,_ celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure I représente le signal de télévision au début d'une ligne de balayage horizontal avec un chiffre binaire inséré confor- mément à l'invention, - la figure 2 est un schéma montrant les parties visibles et invisibles du signal de télévision contenant l'information numérique, - la figure 3 est un schéma d'un décodeur pour extraire le signal numérique inséré conformément aux figures I et 2, et - la figure 4 est un schéma d'un système conversationnel à magnétoscope utilisant des signaux numériques insérés dans un signal de télévision conformément à l'invention. Dans la norme française de télévision à 25 images par seconde et 625 lignes par image, ou trame, chaque ligne a une durée de 64 microsecondes (figure 2). Mais sur ces 64 microsecondes seules 53 microsecondes correspondent au signal de télévision reproduit sur l'écran 10. La période de début de ligne, invisible sur l'écran, contient l'impulsion de synchronisation ligne 11 (figure 1) et le palier ar- rière 12 de l'intervalle de suppression ligne dans lequel se trouve pour le procédé SECAM de télévision en couleurs, la sous-porteuse de chrominance à sa fréquence de repos et, dans les procédés PAL et NTSC, une salve de 10 périodes à la fréquence de la sous-porteuse de chrominance. L'impulsion de synchronisation ligne Il et le palier 12 s'étendent sur une période de 10 microsecondes (figures 1 et 2). Il reste donc entre la fin du palier 12 et le début de la période de 53 microsecondes contenant les informations analogiques 13 relatives à l'image, une période 14 de I microseconde dans laquelle on insère, selon l'invention, un bit d'information. Dans l'exemple ce bit a la valeur 0 s'il est au niveau 15 de suppression, ou niveau du noir et il a la valeur 1 s'il est au niveau 16 du blanc. Pour ne pas perturber la période de suppression trame ainsi que les premières lignes qui peuvent contenir des signaux d'identi- fication de couleurs et/ou des informations numériques du type "télétexte" on n'insère pas de chiffre binaire dans les 25 premières lignes suivant l'impulsion 17 (figure 2) de synchronisation trame. Autrement dif on n'insère un chiffre binaire que dans les lignes contenant une information analogique, visible sur l'écran. Etant donné que pour le signal numérique 25 lignes par demi-trame sont inutilisées, c'est-à-dire 50 lignes par image, on transmet ainsi environ 14 350 bits par seconde soit I 300 octets par seconde, un octet comportant 8 bits d'information, I bit de départ, I bit de parité et I bit d'arrêt. Sur la figure 2 la bande verticale 18 est une bande composée alternativement de traits blancs et de traits noirs qui symbolisent les informations numériques contenues dans le signal de télévision sous la formé qu'elles présenteraient si elles étaient visibles sur l'écran 10. 256 1054 Le signal de télévision ainsi codé est soit émis par le réseau public de télévision par voie hertzienne ou par câble, soit enregistré sur une bande magnétique ou sur un vidéo-disque. Pour décoder le signal vidéo-composite contenant les infor- mations numériques insérées comme décrit ci-dessus on utilise le décodeur de ia figure 3. Ce dernier comprend un convertisseur 20 série parallèle d'un type courant (ACIA, SIO, etc..). généralement sous forme de circuit intégré et utilisé habituellement dans les matériels d'informatique ou de micro-informatique, notamment pour la commande des impri- mantes. Ce convertisseur 20 présente une entrée 21 recevant des infor- mations en série de la sortie d'un comparateur 22 dont l'entrée négative 23 reçoit le signal vidéo-composite par l'intermédiaire d'un amplificateur vidéo 24. L'entrée positive 25 du comparateur 22 re- çoit un potentiel constant Vref dont le niveau est compris entre le niveau du noir et le niveau du blanc. - Le convertisseur 20 présente par ailleurs une entrée 26 rece- vant des signaux d'horloge et de validation de la sortie d'une porte ET 27 dont la première entrée 28 est reliée à la sortie d'un générateur d'horloge 29 qui délivre des signaux d'horloge pendant une microseconde après la période de 10 microsecondes suivant le début de l'impulsion de synchronisation ligne (figure 1). Ce géné- rateur 29 présente donc une entrée de déclenchement 30 reliée à la sortie 31, délivrant des impulsions de synchronisation ligne, d'un circuit 32 qui extrait les signau" de;- synchronisation ligne et de synchronisation trame du signal vidéo-composite. Le circuit extrac- teur 32 comporte donc une seconde sortie 33 délivrant l'impulsion de synchronisation trame. Le générateur 29 est déclenché par le front de descente 34 (figure 1) de l'impulsion 11. La sortie 33 du circuit 32 est reliée à une première entrée 35 d'un second générateur 36 destiné à fournir sur la seconde entrée 37 de la porte ET 27 un signal d'autorisation d'ouverture en dehors des 25 premières lignes de chaque demi trame. Autrement dit le signal fourni par le générateur 36 empêche la transmission sur l'entrée 26 du convertisseur 20 des signaux fournis par le géné- rateur 29 pour les 25 premières lignes de chaque demi trame. Ce générateur 36 comporte donc également une entrée 38 connectée à la sortie 31, délivrant les impulsions de synchronisation ligne, du circuit extracteur 32. Ce générateur 36 comporte par exemple un compteur qui commence à compter les signaux appliqués sur son entrée 38 quand il reçoit un signal sur l'entrée 35. 11. comprend également un com- parateur dont le signal de référence est égal à 25 pour que le signal sur la sortie 39 change d'état quand le contenu du compteur est égal à 25. Les sorties parallèles 40 du convertisseur 20 sont reliées à un microordinateur par l'intermédiaire de conducteurs ou bus 41. Bien que dans le mode de réalisation préféré on n'insère qu'un seul bit d'information numérique entre le palier 12 et le signal 13, dans une variante on insère plusieurs bits dans cet intervalle de temps 14. Mais il est préférable de limiter ce nombre à 5 afin, notamment, que ce signal soit enregistrable grâce à un magné- toscope usuel. Les informations numériques insérées dans le signal vidéo- composite sont, dans un exemple, des informations de programme utilisables dans un système comprenant une source d'informations préenregistrées sur un support, notamment un magnétoscope ou un lecteur de vidéo-disques, un microordinateur et un récepteur de télévision, le programme permettant à l'opérateur de converser avec le système dans un but d'enseignement ou de jeu. Pour bien comprendre ce système on explique ici brièvement son fonctionnement pour un cours de conduite automobile: on a tout d'abord enregistré sur une cassette vidéo pour magnétoscope ou sur un vidéodisque, un parcours filmé de véhicule automobile avec un pilote et un moniteur, le film ne montrant que le parcours et non le véhicule. En même temps que ce film sont enregistrées, sous forme sonore ou sous forme numérique, les instructions données par le moniteur au pilote ainsi que les opérations effectuées par ce pilote. Les informations numériques destinées à l'ordinateur sont enre- gistrées comme décrit ci-dessus c'est-à-dire insérées dans l'inter- valle 14 entre le palier de suppression 12 et l'image analogique 13. L'élève dispose de commandes qui correspondent à celles se trouvant à l'intérieur d'un véhicule: volant de direction, indicateur de changement de direction, freins. Il doit actionner ces commandes en fonction des ordres donnés par le moniteur et enregistrés de façon sonore sur la bande magnétique vidéo ou sur le vidéo-disque. Si les opérations effectuées par l'élève ne sont pas correctes, par exemple s'il n'actionne pas l'indicateur de changement de direction préalablement à un tel changement de direction, le programme (inséré dans le signal vidéo-composite) est tel qu'une indication lui est donnée, de façon sonore ou visuelle, qu'il a commis une erreur. La figure 4 représente un tel système qui comporte un magné- toscope 50 délivrant sur sa sortie 51 un signal composite du type de celui représenté sur les figures 1 et 2, c'est-à-dire comprenant des informations vidéos, des instructions pour la gestion interactive du système et éventuellement un ou plusieurs signaux sonores. Le magnétoscope 50 est commandé par des instructions appliquées sur son entrée 52. Ces instructions sont par exemple des ordres de démarrage, d'arrêt sur image, de marche avant ou arrière, de ralenti ou d'accéléré, de sauts de séquences, etc. Un séparateur de si- gnaux 53 qui comprend un décodeur du type de celui de la figure 3 sépare les différentes composantes du signal et les dirige vers les éléments du système auxquels elles sont destinées. Les signaux vidéo disponibles sur une sortie 54 du séparateur 53 sont appliqués à un récepteur de télévision 55; les signaux sonores délivrés sur la sortie 56 du séparateur 53 sont appliqués à une chaîne son 57 et les signaux numériques délivrés sur la sortie 58 sont appliqués à l'entrée du microordinateur 59. Une liaison 60 permet au microordinateur 59 d'ajouter, sur l'écran du récepteur 55, une information visuelle à celle de la 256 1 054 source 50. Enfin un crayon "électronique" 61 relié à l'ordinateur 59 par un cordon souple 62 peut être mis en contact par l'opérateur avec l'écran du récepteur 55 et constituer un moyen de dialogue supplémentaire. 256 1054 REVENDICATIONS 1. Procédé d'insertion de données numériques, notamment binaires, dans un signal vidéo-composite, ou signal de télévision, caractérisé en ce que ces données numériques sont introduites à chaque ligne du signal vidéocomposite entre le palier arrière (12) de l'intervalle de suppression ligne et le signal d'image (13)o 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on insère un seul chiffre binaire par ligne occupant toute la durée de l'intervalle (t14) séparant la fin du palier de suppression ligne (12) du début du signal d'image (13). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on insère, entre le palier (12) arrière de suppression ligne et le début du signal d'image (13), au plus 5 chiffres binaires. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les signaux numériques étant des chiffres binaires, un chiffre, par exemple le 0, correspond au niveau (15) du noir ou de suppression et l'autre chiffre binaire correspond au niveau (16) du blanc. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les signaux numériques sont insérés exclusivement dans les lignes contenant les signaux d'image (13). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque trame du signal de télévision contenant 625 lignes, dans chaque demi trame on exclut de l'insertion au moins les 25 pre- mières lignes. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'en plus des données numériques insérées entre le palier arrière de l'intervalle de suppression ligne et le signal d'image, d'autres don- nées numériques sont insérées lors du retour trame. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les données numériques insérées dans le signal vidéo-composite sont des données de programme de gestion pour une liaison conversationnelle ou interactive entre un opérateur et un système comprenant un récepteur de télévision (55) un micro- ordinateur (59) et un lecteur (50) de bandes magnétiques vidéos ou de vidéo-disques sur lesquels sont enregistrés des signaux vidéo- composites dans lesquels sont insérées les données de programme.' 9. Décodeur de données numériques insérées dans un signal vidéo-composite selon le procédé de l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un conver- tisseur série-parallèle (20), un comparateur (22) dont l'entrée de signal (23) reçoit le signal vidéo composite et dont la sortie est connectée à l'entrée série (21) du convertisseur (20), et des moyens pour appliquer sur l'entrée (26) de validation du convertisseur un signal de validation seulement pendant l'intervalle de temps (14) séparant la fin du palier de suppression ligne (12) du début du signal d'image (13). 10. Décodeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens appliquant un signal de validation sur l'entrée corres- pondante (26) du convertisseur (20) comprennent un circuit (32) ex- tracteur des impulsions de synchronisation ligne du signal vidéo composite, le premier front (34) de l'impulsion de synchronisation ligne (11) déclenchant un générateur (29) qui n'émet une impulsion qu'après une durée déterminée (10 microsecondes) après ce premier front et interrompt son émission dès le début du signal d'image (13). 11. Décodeur selon la revendication 10 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il com- prend une porte ET (27) dont la sortie est connectée à l'entrée de validation (26) du convertisseur (20) et dont la première entrée est reliée à la sortie dudit générateur (29), la seconde entrée (37) de cette porte étant connectée à la sortie (39) d'un second géné- rateur (36) commandé par ledit circuit extracteur (32) qui extrait du signal vidéo-composite les impulsions de synchronisation ligne ainsi que les impulsions de synchronisation trame, ce second géné- rateur (36) émettant un signal d'interdiction pendant un nombre déterminé de lignes au début de chaque demi trame.