FR2627046A1 - Systeme de transmission d'images, dispositif emetteur et dispositif recepteur convenant pour un tel systeme - Google Patents

Abstract

Ce système de transmission d'images est formé d'un dispositif émetteur 1 comportant un organe de prise de vue 10 pour décomposer chaque image en des points disposés selon des lignes horizontales et pour fournir une première série d'échantillons numériques dont chacun représente la luminance d'un point d'image, un organe de filtrage 11 pour fournir une deuxième série à partir de la première série, un organe de sous-échantillonnage 12 pour fournir une troisième série représentant une partie d'échantillons de la deuxième série et un organe de transmission 15 pour transmettre la troisième série au moyen d'un canal de transmission et d'au moins un dispositif récepteur 2 comportant un organe récepteur 21 pour fournir une série d'échantillons, un organe d'interpolation présentant " n " caractéristiques d'interpolation pour fournir des échantillons à l'utilisation. Ce dispositif récepteur 2 comporte un organe de commande 40 qui détermine l'une des " n " caractéristiques d'interpolation. Application : télévision haute définition.

Description

DESCRIPTION ZSystème de transmission d'images, dispositif émetteur et dispositif récepteur convenant pour un tel système0.

La présente invention concerne un système de transmission d'images formé d'un dispositif émetteur colportant un organe de prise de vue pour décomposer chaque inage en des points disposés selon des lignes horizontales et pour fournir une première série d'échantillons numériques dont chacun représente la luminance d'un point d'image, un organe de filtrage pour fournir une deuxième série à partir de la prenière série, un organe de sous-échantillonnage pour fournir une troisième série représentant une partie d'échantillons de la deu xième série et un organe de transmission pour transmettre la troisième série au moyen d'un canal de transmission et d'au moins un dispositif récepteur comportant un organe récepteur pour fournir une quatrième série d'échantillons représentant la troisième série après transmission, un organe d'interpolation présentant Znt caractéristiques d'interpolation pour fournir, à partir de la quatrième série, une cinquième série pour utilisation.

L'invention concerne aussi un dispositif émetteur et un dispositif récepteur convenant pour un tel système.

De tels systèmes sont bien connus et sont susceptibles de trouver d'importantes applications notaient pour la transmission d'images à haute définition compatibles avec les standards MACZ et plus particulièrement le standard D2-XAC (Avis 601 du C.C.I.R.).

Pour transmettre des images, ces systènes utilisent des canaux de transmission présentant une bande passante rela vivement étroite de sorte qu'il n'est pas possible de trans-mettre tous les échantillons fournis par l'organe de prise de vue. L'organe de sous-échantillonnage en prélève quelques uns en vue de leur transmission. Pour éviter des phénomènes de re pliement de spectre que pourrait apporter ce sous-échantillonnage, on procède, avant d'effectuer ce sous-échantillonnage, à une opération de filtrage. Au niveau de la réception, il faut déterminer le mieux possible les échantillons non transmis au moyen d'un organe d'interpolation.

Dans l'article intitulé "A MULTIPLEXED NYQUIST RE
GION APPROACH FOR HIGH QUALITY 2:1:1 DIGITAL VIDEO" de
Glenn A. Reitmeier et Robert A. Dischert, publié lors du 13me
INTERNATIONAL TV SYMPOSIUM de Montreux 1983, on propose de déterminer, déjà, au niveau du dispositif émetteur la meilleure façon d'exécuter l'interpolation au niveau des dispositifs récepteurs. Pour cela, le dispositif émetteur comporte des circuits pour effectuer un traitement sur les échantillons fournis par l'organe de prise de vue et pour établir l'interpolation à faire sur les échantillons que l'on ne transmet pas. A la place des échantillons manquants, on transmet donc l'information d'interpolation. Ainsi, en se reportant à l'article précité, il faut prévoir au moins 1 élément binaire par échantillon manquant.Dans le cas où l'on veut transmettre la moitié des échantillons composant des images de (576 X 720) pixels se succédant au rythme de 25 images seconde, la transmission d'un seul élément binaire demande de prévoir un débit de 5 Megabits seconde ce qui n'est pas possible compte tenu de la capacité des multiplex numériques de la famille MAC par paquets.

La présente invention propose un système de transmission du genre mentionné dans le préambule qui évite de transmettre ces informations d'interpolation.

Pour cela un tel système est remarquable en ce que le dispositif récepteur comporte en outre un organe de commande opérant sur des échantillons de la quatrième série pour déterminer l'une des "n" caractéristiques d'interpolation.

Selon un mode de réalisation préféré le système est remarquable en ce que l'organe de commande comporte un premier mesureur pour mesurer le gradient de luminance dans le sens horizontal, un deuxième mesureur pour mesurer le gradient de luminance dans le sens vertical.

Ainsi grâce à ce mode de réalisation de l'invention, l'organe de filtrage n'a besoin de filtrer que les fréquences spatiales diagonales lorsqu'il est associé à des filtres d'interpolations verticale et horizontale, de sorte que les transitions de luminance se produisant verticalement ou horizontalement sont parfaitement restituées au niveau des récepteurs sans être perturbées par la réponse indicielle de l'organe de filtrage puisque celui-ci est conçu pour n'atténuer ni les fréquences spatiales verticales ni les fréquences spatiales horizontales.

La présente description faite en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemplé non limitatif, fera bièn comprendre comment l'invention peut être réalisée.

La figure 1 représente un système conforme à l'invention.

La figure 2 représente la répartition des points fournis par l'organe de prise de vue et -la position des points transmis.

La figure 3 représente la structure de l'organe d'interpolation utilisé dans le système montré à la figure 1.

La figure 4 représente l'ensemble des points utilisés par le récepteur pour reconstruire un point manquant.

La figure 5 représente la structure de l'organe de commande 40.

La figure 6 représente la caractéristique de commutation "douce".

La figure 7 représente la structure du dispositif récepteur utilisant une commutation "dure'.

La figure 8 représente la structure de l'organe de préfiltrage 11.

La figure 9 représente un exemple de sa fonction de transfert.

Le système de transmission d'images montré à la figure 1 comporte un dispositif émetteur 1 et un dispositif récepteur 2
Le dispositif émetteur 1 comporte un organe de prise de vue 10 qui1 combiné avec un convertisseur analogique-numérique, fournit à sa sortie des échantillons numériques S1 dont chacun représente un point d'image (ou pixel). Afin d'éviter les phénomènes de repliement de spectre que provoque l'opération de sous-échantillonnage qui va être effectuée, on a disposé à la sortie de ce capteur 10, un organe de filtrage 11 qui fournit des échantillons filtrés S2. L'organe de souséchantillonnage prélève un échantillon sur deux, d'une manière qui sera explicitée ci-dessous, pour fournir une série d'échantillons S3 à l'organe d'émission 15.Une antenne 16 branchée sur cet organe 15 permet la liaison par voie radioélectrique du dispositif émetteur 1 avec le dispositif récepteur 2. Un organe récepteur 21 recueille les échantillons transmis par l'intermédiaire d'une antenne 22 ; les échantillons transmis S4 reconstitués par l'organe récepteur 21 sont appliqués à un organe de filtrage d'interpolation 25 pour fournir des échantillons interpolés S5 à un appareil de visualisation 27. L'organe de filtrage d'interpolation 25 est formé de deux filtres d'interpolation 30 et 31 présentant des caractéristiques d'interpolation différentes. Le premier est prévu pour une interpolation horizontale, le deuxième pour une interpolation verticale. Un circuit de coflutation 33 fournit les échantillons interpolés 55 à sa sortie, soit en prenant les échantillons de sortie du filtre 30, soit en prenant ceux du filtre 31 : on parle alors de commutation "dure". Les échantillons de sortie peuvent être un mélange plus ou moins dosé des échantillons de sortie des filtres 30 et 31 : on parle là de commutation "douce". La commutation, qu'elle soit "douce" ou "dure", est déterminée par une grandeur de commande appliquée à la borne de commande 35 de l'organe de filtrage 25. Pour fournir cette grandeur de commande, l'invention propose un organe de commande 40 qui l'élabore en effectuant un traitement sur les échantillons S4 à la sortie de l'organe récepteur.

On a prévu aussi une liaison directe 41 qui transmet directement les échantillons transmis à l'appareil 27 via un multiplexeur 42.

Ce traitement est basé sur les considérations suivantes
On se reporte à la figure 2. Cette figure montre la répartition des points d'image (ou pixels). On n'y a représenté que quelques-uns de ces points, disposés selon un grand nombre de lignes (par exemple 288) repérées par des ordonnées
Y(Y = ..., j-2, j-1, j, j+1, j+2,...) et séparées les unes des autres par un temps TL, tandis que les points sur les lignes sont au nombre de 720 (par exemple) et sont repérés par des abscisses X(X = ..., i-2, i-1, i, i+1, i+2,...). Le temps qui sépare deux points contigus est égal à TP. Les points entourés d'un cercle sont ceux qui sont effectivement transmis ; ils sont prélevés selon une structure dite en quinconce.

Le problème qui se pose alors est de rétablir les points non transmis de la meilleure façon possible, en d'autres termes, de déterminer ces points en fonction des points transmis. La présente invention préconise d'élaborer des mesu- res de gradient selon les directions horizontale (axe des X) et verticale (axe des Y). Un fort gradient dans la direction verticale imposera une interpolation effectuée horizontalement par le filtre 30 et un fort gradient dans la direction horizontale imposera une interpolation effectuée verticalement par le filtre 31. Ainsi, si l'image présente une transition de luminance nette tant en direction verticale qu'horizontale, celle-ci sera parfaitement restituée.

La figure 3 montre en détail la structure de l'organe de filtrage d'interpolation 25. Le filtre d'interpolation horizontale 30 est formé d'un additionneur 50 qui additionne un échantillon avec un autre échantillon retardé d'un temps égal à 2TP au moyen d'un organe de retard 51. Un diviseur par deux 32 diminue de moitié l'amplitude de l'échantillon à la sortie de l'additionneur 50. Ainsi, si on appelle EH(i,j) la valeur de l'amplitude de l'échantillon interpolé relatif au point P(i,j) (voir figure 4, qui représente dans le plan X, Y certains points transmis), celle-ci s'écrira
ER(i,j) = 2 [E(i-1,j) + E(i+1,j)] où E(i-1,j) représente l'échantillon transmis de coordonnée i-1, j, et où E(i+1,j) représente l'échantillon transmis de coordonnée i+1 ,j.

D'une manière semblable le filtre d'interpolation 31 est formé d'un additionneur 51 qui additionne un échantillon avec un autre échantillon retardé d'un temps égal à 2TL au moyen d'un organe de retard 56. Un diviseur par deux 57 diminue de moitié l'amplitude du signal à la sortie de l'additionneur 55. Ainsi, si on appelle EV(i,j) la valeur de l'échantillon interpolé, toujours relativement à ce même point
P(i,j), celle-ci s'écrira
V 1
EV(i,j) .2 [E(i,j-1) + E(i,j+1)] où E(i,nj-1) représente l'échantillon transmis de coordonnée 1, j-I, et où E(i,j+1) représente l'échantillon transmis de coordonnée i, j+1.

Le circuit de sortie 33 tel que représenté à la figure 3 permet une commutation "douce". Il est formé de deux multiplieurs 60 et 61 dont le premier multiplie par (1-k) l'échantillon EH(i,j) et dont le second multiplie par 'kZ l'échantillon EV(i,j). Différents éléments, un additionneur 65 et un inverseur de valeur 66, permettent de transformer la valeur "k" appliquée à l'entrée de commande en valeur (1-k) nécessaire pour le multiplieur 60. Un additionneur final 70 fournit à sa sortie un échantillon EHV(i,j)
EHV(i,j) = (1-k),EH(i,j) +
Un multiplexeur 42 permet de connecter l'appareil de visualisation 27 tour à tour sur la sortie du circuit 33 pour les échantillons interpolés et à la sortie d'un organe de retard 78 pour les échantillons transmis.D'autres organes de retard 79 et 80 montés respectivement aux entrées des filtres 30 et 31 sont prévus. Ces organes 78 à 80 sont nécessaires pour tenir compte des retards apportés par les différents traitements que subissent les échantillons.

A la figure 5, on a représenté l'organe de commande 40. Cet organe est composé essentiellement de deux mesureurs de gradient de luminance 90 et 91, lesquels mesurent, respec vivement, le gradient selon la direction horizontale et le gradient selon la direction verticale.

Le mesureur 90 comporte deux organes de retard 95 et 96 amenant chacun un retard égal à 2TP.

A l'entrée de l'organe 95 se trouve un multiplieur 98 pour multiplier par -1/4 l'échantillon à cette entrée. A la sortie de cet organe 95 se trouve un deuxième multiplieur 99 pour multiplier par 1/2 l'échantillon à cette sortie. A la sortie de l'organe 96, monté en cascade avec l'organe 95 se trouve un troisième multiplieur 100 pour multiplier par -1/4 l'échantillon à la sortie de l'organe 96. Un additionneur 105 effectue la somme des échantillons de sortie des multiplieurs 98, 99 et 100. La sortie de l'additionneur 105 est reliée à un dispositif de valeur absolue qui donne la valeur absolue de la grandeur de sortie de l'additionneur 105. Cette valeur est ensuite transmise à des organes de retard 112, 113 et 114 montés en cascade et amenant respectivement les retards TL-2TP, 2TP et TL-2Tp. Des multiplieurs par 1/4 référencés par 115, 116, 117 et 118 sont branchés à l'entrée de l'organe 112, à sa sortie, à la sortie de l'organe 113 et à la sortie de l'organe 114. Un additionneur 120 somme les résultats de ces multi- plieurs 115 à 118 pour fournir la valeur Vx qui est une mesure pour le point Pi,j du gradient de luminance dans le sens horizontal.Cette grandeur s'écrit donc, en fonction de la luminance des différents échantillons de luminance représentant les points transmis (voir figure 4)

<tb> vx <SEP> = <SEP> E(i-1,j) <SEP> E(i-3,j) <SEP> E(i+1,j)
<tb> <SEP> I <SEP> E(i-1,j) <SEP> E(i-3,j) <SEP> E(i+1,j)
<tb> vx <SEP> = <SEP>
<tb> <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> <SEP> + <SEP> E(i+1,j) <SEP> - <SEP> E(i+3,j) <SEP> E(i-1,j) <SEP>
<tb> <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> <SEP> E(i,j-1) <SEP> E(I+2,j-1) <SEP> E(i-2,j-1)
<tb> <SEP> +
<tb> <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> <SEP> t <SEP> E(i,j+1) <SEP> - <SEP> E(i+2,j+1) <SEP> E(i-2,j+1)
<tb> <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb>
Le mesureur 91 comporte deux organes de retard 125 et 126 amenant chacun un retard égal à 2TL.

A l'entrée de l'organe 125 se trouve un multiplieur 128 pour multiplier par -1/4 l'échantillon à cette entrée, à la sortie de cet organe 125 se trouve un deuxième multiplieur 129 pour multiplier par 1/2 l'échantillon à cette sortie. A la sortie de l'organe 126, monté en cascade avec l'organe 125 se trouve un troisième multiplieur 100 pour multiplier par -1/4 l'échantillon à la sortie de l'organe 126. Un additionneur 132 effectue la somme des échantillons de sortie des multiplieurs 128, 129 et 130. La sortie de l'additionneur 132 est reliée à un dispositif de valeur absolue qui donne la valeur absolue de la grandeur de sortie 140 de l'additionneur 132. Cette valeur est ensuite transmise à des organes de retard 142, 143 et 144 montés en cascade et amenant respectivement les retards
TL-2TP, 2TP et TL-2TP.Des multiplieurs par 1/4 référencés par 135, 136, 137 et 138 sont branchés.à l'entrée de l'organe 142, à sa sortie, à la sortie de l'organe 143 et à la sortie de l'organe 144. Un additionneur 150 somme les résultats de ces multiplieurs 135 à 138 pour fournir la valeur vu qui est une mesure pour le point Pi,j du gradient de luminance dans le sens horizontal.Cette grandeur s'écrit donc, en fonction de la luminance des différents échantillons de luminance représentant les points transmis

<tb> <SEP> E(i-I,j) <SEP> E(i-1,j-2) <SEP> E(i-1,j+2) <SEP>
<tb> = <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb> <SEP> + <SEP> E(i+1,j) <SEP> - <SEP> E(i+1,j-2) <SEP> - <SEP> E(i+14,j+2) <SEP> i <SEP>
<tb> <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> <SEP> + <SEP> 2 <SEP> E(î,2j-1 > <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP>
<tb> <SEP> 2 <SEP> E(i,2j+1) <SEP> 4 <SEP> E(i,4j+3) <SEP> 4 <SEP> E(i,34-1)
<tb>
Un organe de comparaison t10 fournit une indication sur la différence de ces gradients. Dans le cas d'une commutation "douce" le code de sortie de l'organe 150 est transcodé par une mémoire morte 155 préalablement programmée. La figure 6 montre la correspondance des codes représentant k"-avec la différence de gradient Vy-Vx. La plage de variation de cette différence est comprise entre -128 et +128 et la valeur "k" varie linéairement entre -12 et +12.

La figure 7 montre la manière dont est effectuée la commutation "dure". L'organe 33 est remplacé par un simple commutateur 33' commandé par un organe à seuil 155' qui remplace la mémoire programmée 155.

La figure 8 montre la structure de l'organe de préfiltrage 11.

Il se compose d'une pluralité de filtres monodimensionnels FHD1, FMD2,... FMD7. Chacun de ces filtres est formé à partir d'une chaîne d'éléments de retard amenant un retard TP. A partir de cette chaîne on établit différents points de branchement pour que les échantillons retardés par cette chaine soient multipliés par des coefficients umn où l'indice 'm- rappelle le numéro du filtre monodimensionnel et l'indice "n" le rang de branchement ; m = 1 représente l'échantillon courant à l'entrée de la chaine et n = 7 l'échantillon le plus retardé.L'entrée du filtre F!D1 est connectée à l'entrée 290 du filtre 88 et les entrées des autres filtres FMD2 à FMD7 sont reliées aux sorties d'éléments de retard 291,..., 296 dont chacun amène un retard TL égal à la durée d'une ligne. La sortie des filtres FMD1 à FMD7 est constituée par la sortie d'additionneurs AD1 à AD7 qui fournissent donc la somme pondérée des échantillons multipliés par les coefficients ijmn précités. Un additionneur 300 effectue la somme des réusltats élaborés par les additionneurs AD1 à AD7 et fournit ainsi le signal filtré. Le tableau ci-dessous donne la valeur des coefficients iimn, chaque coefficient devant être divisé par 1024.

<tb>

<SEP> m
<tb> <SEP> 1234567 <SEP>
<tb> n
<tb> <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 9 <SEP> -16 <SEP> 9 <SEP> 0 <SEP> -1
<tb> 2 <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP>
<tb> 3 <SEP> 9 <SEP> 0 <SEP> -81 <SEP> 144 <SEP> -81 <SEP> 0 <SEP> 9
<tb> 4 <SEP> -16 <SEP> 0 <SEP> 144 <SEP> 768 <SEP> 144 <SEP> 0 <SEP> -16
<tb> <SEP> 5 <SEP> 9 <SEP> 0 <SEP> -81 <SEP> 144 <SEP> -81 <SEP> 0 <SEP> 9
<tb> 6 <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP>
<tb> <SEP> 7 <SEP> -1 <SEP> 0 <SEP> 9 <SEP> 16 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> -1
<tb>
La figure 9 représente-en perspective la fonction de transfert de l'organe de préfiltrage 11.

L'axe A représente l'amplitude, l'axe FH représente l'axe de fréquence spatiale horizontale et FV l'axe de fréquence spatiale verticale.

On notera que A = 1 pour FV = O et FH variant de -0,5 à +0,5 ainsi que pour FH = O et FV variant de -0,5 à +0,5. Ceci implique, ainsi qu'il l'a été dit, que toute transition de luminance verticale et horizontale soit transmise et restituée parfaitement et que l'on n'a pas de rebond à craindre de la réponse indicielle de cet organe de préfiltrage 11.

On citera l'article suivant, qui donne d'autres exemples de fonctions de transfert admissibles dans le cadre de la présente invention "The Sampling of Television Images" de G.J.Tonge, paru dans
Experimental Development Report 112/81 édité par Independant
Broadcasting Authority Crawley Court, Winchester, Hauts, SQ21 2QA.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Système de transmission d'images formé d'un dispositif émetteur conportant un organe de prise de vue pour décomposer chaque image en des points disposés selon des lignes horizontales et pour fournir une prière série d'échantillons numériques dont chacun représente la luminance d'un point d'image1 un organe de filtrage pour fournir une deuxième série à partir de la première série, un organe de sous-échantillonnage pour fournir une troisième série représentant une partie d'échantillons de la deuxième série et un organe de transmission pour transmettre la troisième série au moyen d'un canal de transmission et d'au moins un dispositif récepteur comportant un organe récepteur pour fournir une quatrième série d'échantillons représentant la troisième série après transmission, un organe d'interpolation présentant Cn' caractéristi- ques d'interpolation pour fournir, à partir de la quatrième série, une cinquième série pour utilisation, caractérisé en ce que le dispositif récepteur comporte en outre un organe de commande opérant sur des échantillons de la quatrième série pour déterminer l'une des Zn- caractéristiques d'interpolation.

2. Système de transmission d'images selon la revendication 1 dans lequel l'organe d'interpolation comporte deux filtres d'interpolation de caractéristiques différentes, un premier pour effectuer une interpolation dans le sens horizontal, un second pour effectuer une interpolation dans le sens vertical et comporte aussi un circuit de sortie pour fournir ladite cinquième série à partir de l'un ou l'autre des premier et second filtres, caractérisé en ce que l'organe de commande comporte un premier mesureur pour uesurer.le gradient de luminance dans le sens horizontal, un deuxième mesureur pour mesurer le gradient de luminance dans le sens vertical et un circuit comparateur pour comparer les gradients vertical et horizontal et pour agir sur ledit circuit de sortie.

3. Système de transmission d'images selon la revendication 1 dans lequel l'organe d'interpolation comporte deux filtres d'interpolation de caractéristiques différentes, un premier pour effectuer une interpolation de le sens horizontal, un deuxième pour une interpolation dans le sens vertical et comporte aussi un circuit de sortie pour fournir ladite cinquième série à partir de l'un et l'autre des premier et second filtres, caractérisé en ce que le circuit de sortie est muni d'une entrée de commande pour recevoir une information de proportionnalité "k", en ce que ce circuit de sortie est conçu pour prélever les échantillons dé sortie du premier filtre dans une proportion égale à wkw et les échantillons de sortie du second filtre dans la proportion égale à "1-k", et en ce que l'organe de commande comporte un premier mesureur pour mesurer le gradient de luminance dans le sens horizontal, un deuxième mesureur pour mesurer le gradient de luminance dans le sens vertical et un circuit de proportionnalité pour fournir l'information 'kw à partir de la différence des gradients vertical et horizontal.

4. Système de transmission d'images selon l'une des revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de filtrage est conçu pour filtrer les fréquences spatiales diagonales.

5. Dispositif récepteur convenant pour un système de transmission selon l'une des revendications 1 à 4.

6. Dispositif émetteur convenant pour un système de transmission selon l'une des revendications 1 à 4.