FR2627656A1 - HIgh definition video image transmission - Google Patents
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Abstract
Description
DescriPtion RDispositif de sous-échantillonnage temporel et d'interpola- tion temporelle compensée en mouvement dans une séquence d'images entrelacées, et utilisation d'un tel dispositif dans les circuits de codage et de décodage d'un systeme de transmission d'images de télévision à haute définition'
La présente invention concerne un dispositif de sous-échantillonnage temporel et d'interpolation temporelle dans une séquence d'images entrelacées divisées en blocs de
I x J points (I, J entiers positifs) dont la luminosité est exprimée de façon numérique. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel dispositif dans les parties codage et décodage d'un système de transmission d'images de télévision à haute définition.Description of the device for temporal subsampling and motion-compensated temporal interpolation in a sequence of interlaced images, and use of such a device in the coding and decoding circuits of a system for transmitting images of high definition television ''
The present invention relates to a device for temporal subsampling and temporal interpolation in a sequence of interlaced images divided into blocks of
I x J points (I, J positive integers) whose luminosity is expressed numerically. The invention also relates to the use of such a device in the coding and decoding parts of a high definition television image transmission system.
L'invention est en effet applicable essentiellement dans le domaine de la télévision à haute définition, dans un système de transmission d'images de télévision à haute définition selon le standard MAC. Elle permet de réduire la bande passante des signaux de télévision en vue de leur transmission, cette transmission étant, elle, assurée par l'intermédiaire d'un canal analogique qui véhicule les données ayant subi la compression et auquel est associé un canal auxiliaire dit d'assistance numérique permettant la transmission d'informations complémentaires relatives aux mouvements des images transmises par le canal principal. The invention is in fact applicable essentially in the field of high definition television, in a system for transmitting high definition television images according to the MAC standard. It makes it possible to reduce the bandwidth of television signals with a view to their transmission, this transmission being provided by means of an analog channel which conveys the data having undergone compression and with which an auxiliary channel called d is associated. digital assistance allowing the transmission of additional information relating to the movements of the images transmitted by the main channel.
Le problème qui se pose est en fait de maintenir, malgré la compression d'informations nécessaire pour adapter la quantité de ces informations a la bande passante limitée du canal de transmission, la meilleure résolution spatiale possible, quelle que soit la vitesse de déplacement du contenu des images à transmettre. The problem which arises is in fact to maintain, in spite of the compression of information necessary to adapt the quantity of this information to the limited bandwidth of the transmission channel, the best possible spatial resolution, whatever the speed of movement of the content. images to transmit.
Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif permettant un sous-échantillonnage temporel et une interpolation temporelle compensée en mouvement sans qu'apparaissent le flou et les saccades traditionnellement observés en raison de l'interpolation temporelle en présence de mouvement. An object of the invention is therefore to propose a device allowing a temporal subsampling and a temporal interpolation compensated in movement without appearing the blurring and the jerks traditionally observed due to the temporal interpolation in the presence of movement.
A cet effet l'invention concerne un dispositif de sous-échantillonnage temporel et d'interpolation temporelle caractérisé en ce qu'il comprend, entre un circuit de préfiltrage spatial de la séquence d'images entrelacées, destiné à délivrer une suite d'images séquentielles tout en limitant la largeur de bande et un circuit de sous-échantillonnage spatial destiné à réduire dans chacune desdites images séquentielles le nombre d'échantillons, un circuit de sous-échantillonnage temporel, destiné à diviser par deux le rythme temporel de ladite suite d'images séquentielles, et, en sortie dudit circuit de préfiltrage spatial et en parallèle sur la connexion en série desdits circuits de sous-échantillonnage temporel et de sous-échantillonnage spatial, un étage de compensation de mou vexent à l'émission, ledit étage comprenant lui-même trois mémoires d'image, prévues en série pour stocker respectivement d'une part les images rang 2k et 2k+2 à transmettre et d'autre part l'image de rang 2k+1 à éliminer avant transmission, et un dispositif d'estimation de mouvement selpn une méthode telle que celle de corrélation par bloc. To this end, the invention relates to a temporal subsampling and temporal interpolation device characterized in that it comprises, between a spatial pre-filtering circuit of the sequence of interlaced images, intended to deliver a series of sequential images while limiting the bandwidth and a spatial sub-sampling circuit intended to reduce in each of said sequential images the number of samples, a temporal sub-sampling circuit, intended to halve the temporal rhythm of said sequence of sequential images, and, at the output of said spatial prefiltering circuit and in parallel on the series connection of said temporal subsampling and spatial subsampling circuits, a slack compensation stage annoys the transmission, said stage comprising it -even three image memories, provided in series to respectively store on the one hand the 2k and 2k + 2 images to be transmitted and on the other hand the 2k + 1 image to be transmitted imine before transmission, and a motion estimation device selects a method such as that of block correlation.
Un autre but de l'invention est de proposer, dans la partie décodage de l'étage de réception d'un système de transmission d'images de-télévision, incorporant en parallèle plusieurs branches de traitement d'informations en vue d'une transmission à différentes cadences temporelles correspondant à la plus ou moins grande importance du mouvement dans les images à transmettre et associant à celles des branches de cadence temporelle moins élevée au moins un dispositif conforme à l'invention afin de maintenir les informations à transmettre aussi longtemps que possible dans celle des branches qui conduit à la réception à la résolution spatiale maximale, un dispositif de compensation de mouvement apte à reconstituer l'image de télévision initiale à haute définition, notamment en vue de son affichage sur un écran à haute résolution. Another object of the invention is to propose, in the decoding part of the reception stage of a television image transmission system, incorporating in parallel several branches of information processing for transmission at different temporal cadences corresponding to the greater or lesser importance of the movement in the images to be transmitted and associating with those of the branches of lower temporal cadence at least one device in accordance with the invention in order to maintain the information to be transmitted as long as possible in that of the branches which leads to reception at the maximum spatial resolution, a motion compensation device able to reconstruct the initial high definition television image, in particular with a view to its display on a high resolution screen.
Un tel système est, plus précisément, remarquable en ce que ledit étage d'émission comprend dans sa partie codage une branche de traitement de signal composée d'un dispositif conforme à l'une des revendications 1 et 2 est relié à un canal d'assistance numérique assurant la transmission à l'étage de réception d'une information relative à ladite estimation de mouvement. More specifically, such a system is remarkable in that said transmission stage comprises in its coding part a signal processing branch composed of a device according to either of claims 1 and 2 is connected to a channel digital assistance ensuring the transmission to the reception stage of information relating to said motion estimate.
Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels
- les figures la et lb montrent respectivement les parties codage, côté émission, et décodage, côté réception, d'un dispositif d'estimation et de compensation de mouvement de structure connue, dans le cas d'un système de transmission d'images de télévision
- les figures 2 et 4 montrent, respectivement dans les parties codage, côté émissionr et décodage, côté réception, une réalisation d'un dispositif d'estimation et de compensation de mouvement selon l'invention, dans le cas d'un système de transmission d'images de télévision à haute définition
- la figure 3a montre de façon plus détaillée un exemple d'étage d'estimation de mouvement dans le dispositif de la figure 2, les figures 3b et 3d explicitent le contenu des circuits d'estimation de l'étage de la figure 3a, et la figure 3c montre un exemple de réalisation des cellules composant ces circuits d'estimation
- les figures 5 et 6 montrent des variantes de réalisation incorporant les dispositifs des figures 2 et 4 respectivement.The features and advantages of the invention will now appear in more detail in the following description and in the accompanying drawings, given by way of non-limiting examples and in which
FIGS. 1a and 1b respectively show the coding parts, on the transmission side, and decoding, on the reception side, of an estimation and motion compensation device of known structure, in the case of an image transmission system of television
- Figures 2 and 4 show, respectively in the coding parts, transmitting and decoding side, receiving side, an embodiment of an estimation and motion compensation device according to the invention, in the case of a transmission system high definition television pictures
FIG. 3a shows in more detail an example of a motion estimation stage in the device of FIG. 2, FIGS. 3b and 3d explain the content of the estimation circuits of the stage of FIG. 3a, and FIG. 3c shows an exemplary embodiment of the cells making up these estimation circuits
- Figures 5 and 6 show alternative embodiments incorporating the devices of Figures 2 and 4 respectively.
Le dispositif représenté sur la figure 1 dans le cas de l'application à un système de transmission d'images de télévision à haute définition comprend, de façon connue, une partie codage à l'émission (Ligure la) et une partie décodage à la réception (figure lob), qui coopèrent pour détecter et estimer le mouvement à l'intérieur des images à transmettre et adapter le traitement des données d'image à la plus ou moins grande importance de ce mouvement. Les images sont captées ici par une caméra de télévision à haute définition (non représentée) qui analyse la scène à l'aide d'un balayage entrelacé à 1250 lignes et au rythme de 50 images par seconde.La caméra fournit bien entendu, après matriçage des signaux R, V, B, trois types de signaux : le signal de luminance Y et les deux signaux de différence de couleur U et V (ou signal de chrominance). Par la suite, la description concerne par exemple le signal de luminance mais s'appliquerait tout aussi bien au signal de chrominance. On précisera donc simplement que le signal de sortie de la caméra est alors échantillonné, et que les échantillons résultants sont présentés à l'entrée de la partie codage à un rythme de 54 Mégahertz. Comme le canal de transmission, dans le cas du standard MAC, ne tolère qu'une cadence de 13,5 Mégahertz, un sous-échantillonnage doit être effectué préalablement à ladite transmission. The device shown in FIG. 1 in the case of application to a high definition television image transmission system comprises, in known manner, a coding part on transmission (Ligure la) and a decoding part on reception (figure lob), which cooperate to detect and estimate the movement inside the images to be transmitted and adapt the processing of image data to the greater or lesser importance of this movement. The images are captured here by a high-definition television camera (not shown) which analyzes the scene using an interlaced scan at 1250 lines and at the rate of 50 images per second. The camera naturally provides, after matrixing signals R, G, B, three types of signals: the luminance signal Y and the two color difference signals U and V (or chrominance signal). Thereafter, the description relates for example to the luminance signal but would apply just as well to the chrominance signal. It will therefore simply be specified that the output signal from the camera is then sampled, and that the resulting samples are presented at the input of the coding part at a rate of 54 megahertz. As the transmission channel, in the case of the MAC standard, only tolerates a rate of 13.5 megahertz, a subsampling must be carried out before said transmission.
On précisera que les images pourraient, à la limite, être traitées point par point mais qu'il est plus simple de les découper en N blocs de m x n points. Au lieu d'opérer un balayage des points, on réalise alors un balayage des blocs, auxquels correspondent N points représentatifs desdits blocs. It will be specified that the images could, at the limit, be processed point by point but that it is simpler to cut them into N blocks of m x n points. Instead of scanning points, the blocks are then scanned, to which N representative points of said blocks correspond.
L'estimation de mouvement mentionnée plus haut est prévue de la façon suivante. La partie codage représentée sur la figure la est constituée de plusieurs branches en parallèle, trois par exemple, appelées ici 1, 2 et 3. Ces branches reçoivent les échantillons formés comme indiqué plus haut et comprennent chacune un circuit de préfiltrage 101 et un circuit de sous-échantillonnage 102. Bien que les structures. The motion estimate mentioned above is provided as follows. The coding part represented in FIG. 1a consists of several branches in parallel, three for example, called here 1, 2 and 3. These branches receive the samples formed as indicated above and each comprise a pre-filtering circuit 101 and a subsampling 102. Although the structures.
d'échantillonnage soient différentes d'une branche à l'autre, les taux de sous-échantillonnage sont identiques et ici égaux à 4. Les gabarit es filtres sont choisis de façon que le repliement dû au so-s-échantillonnage soit évité. Les sorties des trois circuits de sous-échantillonnage sont envoyées vers un circuit d'aiguillage 103 qui, selon la commande reçue sur une quatrième connexion d'entrée 105, assure la sélection de l'une ou de l'autre desdites sorties en vue de sa transmission ultérieure via le canal analogique 10 du système-de transmission.are different from one branch to another, the sub-sampling rates are identical and here equal to 4. The filter templates are chosen so that the folding due to so-s-sampling is avoided. The outputs of the three sub-sampling circuits are sent to a routing circuit 103 which, according to the command received on a fourth input connection 105, ensures the selection of one or the other of said outputs for the purpose of its subsequent transmission via analog channel 10 of the transmission system.
La commande présente sur la connexion 105 du circuit d'aiguillage, normalement identique pour tous les points d'un bloc, est déterminée par un circuit de décision 106, selon un critère lié en général soit à une quantité mesurée à partir de l'image d'entrée, soit à l'énergie de l'écart entre les images préfiltrées, issues des circuits 101 par exemple, et l'image d'origine. Dans le premier cas (décision a priori), la quantité mesurée peut être par exemple le mouvement ou la vitesse des objets présents dans l'image et la décision est prise directement en fonction de la valeur prise par cette quantité Dans le second cas (décision a posteriori), l'énergie de l'écart permet de déterminer la branche qui conduit à la meilleure reconstruction d'image à l'aide des échantillons transmis et donc d'effectuer l'aiguillage en conséquence. The command present on the connection 105 of the routing circuit, normally identical for all the points of a block, is determined by a decision circuit 106, according to a criterion generally linked either to a quantity measured from the image input, or the energy of the difference between the pre-filtered images, from circuits 101 for example, and the original image. In the first case (a priori decision), the quantity measured can be for example the movement or the speed of the objects present in the image and the decision is taken directly according to the value taken by this quantity In the second case (decision a posteriori), the energy of the difference makes it possible to determine the branch which leads to the best image reconstruction using the transmitted samples and therefore to carry out the referral accordingly.
L'information délivrée par le circuit de décision 106 est également envoyée vers le canal 20 dit d'assistance numérique.The information delivered by the decision circuit 106 is also sent to the so-called digital assistance channel 20.
De façon similaire, à la réception, la partie décodage correspondante, représentée sur la figure lb, comprend d'abord un circuit 152 de démultiplexage qui, à partir du signal transmis via le canal analogique 10, fournit à trois circuits de postfiltrage en parallèle 153 des images aux structures régulières appropriées. Enfin un circuit de multiplexage 154 reçoit les sorties de ces circuits de postfiitrage et permet, à partir du signal multiplexé, la génération d'une image pouvant être visualisée sur un écran 155 à haute résolution. Similarly, on reception, the corresponding decoding part, represented in FIG. 1b, firstly comprises a demultiplexing circuit 152 which, from the signal transmitted via the analog channel 10, supplies three post-filtration circuits in parallel 153 images with appropriate regular structures. Finally, a multiplexing circuit 154 receives the outputs of these post-filtering circuits and allows, from the multiplexed signal, the generation of an image that can be viewed on a screen 155 at high resolution.
Le signal transmis via le canal d'assistance numérique 20 est fourni en parallèle aux circuits 152 et 154. The signal transmitted via digital assistance channel 20 is supplied in parallel to circuits 152 and 154.
Les structures de sous-échantillonnage, différentes d'une branche à l'autre comme on l'a vu, peuvent être purement spatiales ou bien permettre, en plus, l'élimination. The sub-sampling structures, which differ from one branch to another as we have seen, can be purely spatial or else allow elimination.
d'un.certain nombre d'images dans la direction temporelle. On dispose alors d'un nombre proportionnellement plus élevé d'échantillons pour représenter les contenus spatiaux des images mais, en contrepartie, en cas de mouvement, les contenus temporels traduisant ce mouvement sont dégradés.of a certain number of images in the time direction. We then have a proportionally higher number of samples to represent the spatial contents of the images but, in return, in the event of movement, the temporal contents reflecting this movement are degraded.
Deux types de dégradations peuvent être plus particulièrement constatés sur l'image reconstruite : d'une part les mouvements uniformes sont altérés, les objets se déplaçant par à-coups; d'autre part la résolution diminue brusquement dès qu'un objet fixe devient mobile, en raison du préfiltrage et du postfiltrage. L'un comme l'autre de ces défauts sont visuellement très gênants, et la présence d'une estimation et d'une compensation de mouvement va y remédier très notablement, en éliminant les saccades et en conservant la résolution pour une plage de vitesses plus large. Two types of degradations can be more particularly noted on the reconstructed image: on the one hand the uniform movements are altered, the objects moving in spurts; on the other hand the resolution decreases suddenly as soon as a fixed object becomes mobile, due to the pre-filtering and post-filtering. Both of these defects are visually annoying, and the presence of an estimation and a compensation of movement will remedy them very notably, by eliminating the jerks and by preserving the resolution for a range of speeds more large.
Le principe de compensation de mouvement selon l'invention est le suivant. Dans la séquence d'images considérée, une image sur deux est tout d'abord éliminée (c'est-àdire l'information spatiale disponible à un instant déterminé t). Ainsi, si la cadence ou fréquence temporelle est par exemple 1/T où T correspond à l'intervalle de temps séparant deux images successives, l'intervalle de temps après sous-échantillonnage temporel sera 2T. En appelant 2k-1, 2k, 2k+1, etc... The principle of motion compensation according to the invention is as follows. In the sequence of images considered, one image out of two is firstly eliminated (that is to say the spatial information available at a given time t). Thus, if the cadence or temporal frequency is for example 1 / T where T corresponds to the time interval separating two successive images, the time interval after temporal subsampling will be 2T. By calling 2k-1, 2k, 2k + 1, etc ...
les rangs successifs de la séquence d'images d'origine, cela signifie que les images associées par exemple aux instants t+(2k-1)T, t+(2k+1), etc..., ou images ici de rang impair, sont éliminées.the successive ranks of the original image sequence, this means that the images associated for example with times t + (2k-1) T, t + (2k + 1), etc., or images here of odd rank, are eliminated.
Parallèlement à cette élimination d'images, .des informations de mouvement sont déterminées par une méthode d'estimation de mouvement prévoyant l'attribution à chaque bloc des images à éliminer, ici les images impaires, un vecteur de déplacement D tel que l'erreur de reconstruction du bloc soit minimale Ces informations de mouvement sont ensuite utilisées à la réception pour reconstruire les images éliminées, chaque bloc étant reconstruit à partir de la moyenne des informations de deux images consécutives dans la direction du mouvement associé au bloc.On limite ainsi les défauts dûs à l'imprécision de l'estimateur, lorsque celui-ci utilisait jus qu'à présent la solution classique d'une reconstitution d'une trame impaire (ou-respectivement paire) à partir de la trame de parité opposée précédente, solution qui présentait l'inconvénient de déformer les contours des objets solides. In parallel with this elimination of images, motion information is determined by a motion estimation method providing for the allocation to each block of the images to be eliminated, here the odd images, a displacement vector D such as the error. of reconstruction of the block is minimal This movement information is then used on reception to reconstruct the eliminated images, each block being reconstructed from the average of the information of two consecutive images in the direction of movement associated with the block. defects due to the imprecision of the estimator, when this one used until now the traditional solution of a reconstitution of an odd frame (or-respectively even) from the frame of opposite previous parity, solution which had the disadvantage of distorting the contours of solid objects.
Le principe ainsi défini est applicable par exemple dans un système de transmission d'images de télévision à haute définition et tout d'abord dans la partie codage de l'étage d'émission de ce système. The principle thus defined is applicable for example in a high definition television image transmission system and first of all in the coding part of the transmission stage of this system.
Dans ce qui suit, le sous-échantillonnage spatiotemporel réalisé permet d'obtenir un taux d'échantillonnage de 4 (2 en spatial, 2 en temporel), et l'estimateur de mouvement qui va être utilisé est basé sur la méthode dite de corrélation par bloc (en anglais : block matching method), avec une plage de recherche égale à : déplacement horizontal +3, déplacement vertical +3). Toutefois, ce choix n'est pas impératif et ne doit pas limiter la présente invention, pour la mise en oeuvre de laquelle un estimateur d'un autre type pourrait absolument être utilisé. On précisera ici-également que les branches 1, 2, 3 correspondent à différentes vitesses de déplacement sur les images, l'intervalle de base entre images étant, dans l'exemple décrit, de 20, 40 et 80 millisecondes pour les branches 1, 2 et 3 respectivement. C'est bien évidemment dans les branches 2 et 3 qu'il y a intérêt, le mouvement étant plus lent que dans le cas de ia branche f, à conserver la meilleure résolution. L'invention est donc applicable à la branche 2, l'extension à la branche 3 étant décrite plus loin. In what follows, the spatiotemporal sub-sampling carried out makes it possible to obtain a sampling rate of 4 (2 in spatial, 2 in temporal), and the motion estimator which will be used is based on the so-called correlation method. by block (in English: block matching method), with a search range equal to: horizontal displacement +3, vertical displacement +3). However, this choice is not imperative and should not limit the present invention, for the implementation of which an estimator of another type could absolutely be used. It will also be specified here that the branches 1, 2, 3 correspond to different speeds of movement on the images, the basic interval between images being, in the example described, of 20, 40 and 80 milliseconds for the branches 1, 2 and 3 respectively. It is obviously in branches 2 and 3 that there is interest, the movement being slower than in the case of ia branch f, to keep the best resolution. The invention is therefore applicable to branch 2, the extension to branch 3 being described below.
Selon l'exemple représenté sur la figure 2, le dispositif conforme à l'invention comprend tout d'abord, à l'émission, pour la branche référencée 2, un circuit de pré filtrage spatial 201 recevant l'image d'entrée, qui est une image entrelacée 50 hertz, 2:1, 1250 lignes, 54 M-échantillons (= 54.106) par seconde. Ce circuit 201 permet d'obtenir une image séquentielle, tout en limitant sa largeur de bande spa tiale afin d'éviter le repliement dû au sous-échantillonnage temporel.Le circuit 201 est suivi, en série, d'un circuit d'échantillonnage temporel 202 qui divise par deux le rythme temporel de l'image (on passe donc à 25 images par seconde), puis d'un circuit 203 de sous-échantillonnage spatial qui permet de réduire le nombre d'échantillons dans chaque plan d'image (par l'exemple à l'aide d'un sous-échantillonnage quinconce ligne qui supprime un point sur deux). En sortie du circuit 201 est également prévu, en parallèle sur la connexion en série des circuits 202 et 203, un étage d'estimation de mouvement 204 qui va être maintenant décrit en détail. According to the example shown in FIG. 2, the device according to the invention firstly comprises, on transmission, for the branch referenced 2, a spatial pre-filtering circuit 201 receiving the input image, which is an interlaced image 50 hertz, 2: 1, 1250 lines, 54 M-samples (= 54.106) per second. This circuit 201 makes it possible to obtain a sequential image, while limiting its thermal bandwidth in order to avoid aliasing due to temporal subsampling. Circuit 201 is followed, in series, by a temporal sampling circuit 202 which halves the temporal rhythm of the image (we therefore go to 25 images per second), then a circuit 203 of spatial subsampling which makes it possible to reduce the number of samples in each image plane ( by example using a staggered line subsampling which removes every second point). At the output of circuit 201 is also provided, in parallel on the series connection of circuits 202 and 203, a motion estimation stage 204 which will now be described in detail.
L'estimation de mouvement effectuée par l'étage 204 a pour objectif de déterminer pour chaque bloc de l'image de rang 2k+1 qui est éliminée un vecteur de déplacement D tel que l'on puisse obtenir une approximation de ladite image éliminée à partir de la demi-somme des images non éliminées qui l'entourent, dans le cas présent à partir de la demi-somme des images 2k et 2k+2. Cette approximation est ici exprimée par la relation (1), donnée en annexe comme les autres expressions mathématiques qui apparaissent dans la suite de la description. Dans cette relation, X désigne le bloc courant de l'image 2k+1, D le vecteur de mouvement lorsqu'on a appliqué l'estimation de mouvement aux images 2k et 2k+2, et i l'approximation de l'intensité du point X du bloc courant de l'image 2k+1. The objective of the motion estimation performed by the stage 204 is to determine for each block of the image of rank 2k + 1 which is eliminated a displacement vector D such that an approximation of said eliminated image can be obtained at from the half-sum of the non-eliminated images which surround it, in this case from the half-sum of the images 2k and 2k + 2. This approximation is here expressed by the relation (1), given in the appendix like the other mathematical expressions which appear in the following description. In this relation, X denotes the current block of the image 2k + 1, D denotes the motion vector when the motion estimation has been applied to the images 2k and 2k + 2, and i the approximation of the intensity of the point X of the current block of the image 2k + 1.
Cet objectif peut être formulé également en exprimant que l'on veut associer à chaque bloc X de l'image 2k+1 un vecteur Dx tel que l'expression (3) soit minimale (cette ex- pression, dans laquelle DFD provient des termes anglais correspondants KDisplay Frame Difference", est l'erreur d'approximation attachée au bloc courant et équivalente, pour ce bloc, comme indic- par l'expression (2), à la somme des carrés des erreur d'approximation DFD sur tous les points du bloc. Ce principe connu (et décrit notamment dans l'article de
J.R. Jain et A.K.Jain, ZDisplacement measurement and its application in interframe image coding", paru dans la revue
IEEE Transactions on Communications, vol.COM-29, ne12^ décembre 1981, pages 1799 à 1808) d'examen de la corrélation entre blocs est effectué, dans l'étage d'estimation de mouvement 204 ici décrit, en deux étapes distinctes mais extrêmement similaires.This objective can also be formulated by expressing that we want to associate with each block X of the image 2k + 1 a vector Dx such that expression (3) is minimal (this expression, in which DFD comes from the terms corresponding English KDisplay Frame Difference ", is the approximation error attached to the current block and equivalent, for this block, as indic- by expression (2), to the sum of the squares of the DFD approximation errors on all points of the block. This known principle (and described in particular in the article by
JR Jain and AKJain, ZDisplacement measurement and its application in interframe image coding ", published in the journal
IEEE Transactions on Communications, vol.COM-29, ne12 ^ December 1981, pages 1799 to 1808) examination of the correlation between blocks is carried out, in the motion estimation stage 204 described here, in two distinct stages but extremely similar.
L'étage d'estimation de mouvement 204, représenté à titre d'exemple non limitatif sur la figure 3a, comprend, pour l'exécution de ces deux étapes, un ensemble 340 de deux circuits d'estimation 300 et 350 pratiquement identiques, ainsi que trois mémoires d'images en série 341, 342 et 343. Le circuit d'estimation 300, par exemple, comprend, comme indiqué sur la figure 3b qui en donne une représentation plus détaillée, d'une part neuf cellules identiques 301 à 309 déterminant neuf distorsions (ou erreur d'estimation telle que définie par l'expression (3) ou l'expression (2)) relatives aux neuf déplacements suivants Dx, Dy = (2,2?, (2,0), (2,-2), (0,2), (0,0), (0,-2), (-2,2), (-2,0), (-2,-2). Ces neuf déplacements sont stockés dans une mémoire 345.Chacune des cellules 301 à 309 comprend elle-même des eléments identiques, 311 à 331 pour la première, 312 à 332 pour la deuxième, etc..., et 319 à 339 pour la neuvième. Ces éléments considérés par exemple pour la première des neuf cellules comprennent tout d'abord, comme indiqué sur la figure 3c montrant cette première cellule, un additionneur 311, qui est destine à réaliser la demi-somme des images de rang Zk et 2k+2, puis un soustracteur 321 et, en série avec ces deux éléments, un circuit 331 d'élévation au carré et de sommation.L'additionneur 311 reçoit la sortie des mémoires d'image 341 et 343, et la demi-somme des images 2k et 2k+2 ainsi obtenue est fournie à l'entrée par exemple positive du soustracteur 321 qui reçoit sur son entrée de signe opposé la sortie de la mémoire d'image 342 stockant l'image de rang 'k+1. La sortie du soustracteur 321 est fournie au circuit 331 d'élévation au carré et de sommation dont la sortie constitue la sortie de la cellule 301. The motion estimation stage 204, shown by way of nonlimiting example in FIG. 3a, comprises, for the execution of these two steps, a set 340 of two practically identical estimation circuits 300 and 350, thus that three serial image memories 341, 342 and 343. The estimation circuit 300, for example, comprises, as shown in FIG. 3b which gives a more detailed representation, on the one hand nine identical cells 301 to 309 determining nine distortions (or estimation error as defined by expression (3) or expression (2)) relating to the following nine displacements Dx, Dy = (2,2 ?, (2,0), (2 , -2), (0.2), (0.0), (0, -2), (-2.2), (-2.0), (-2, -2). stored in a memory 345. Each of the cells 301 to 309 itself comprises identical elements, 311 to 331 for the first, 312 to 332 for the second, etc., and 319 to 339 for the ninth. for example for the first of the nine compr cells first of all, as shown in FIG. 3c showing this first cell, an adder 311, which is intended to carry out the half-sum of the images of rank Zk and 2k + 2, then a subtractor 321 and, in series with these two elements, a squaring and summing circuit 331. The adder 311 receives the output of the image memories 341 and 343, and the half-sum of the images 2k and 2k + 2 thus obtained is supplied to the positive input for example of the subtractor 321 which receives on its input of opposite sign the output of the image memory 342 storing the image of rank 'k + 1. The output of subtractor 321 is supplied to the squaring and summing circuit 331, the output of which constitutes the output of cell 301.
Les neuf sorties respectives des neuf cellules 301 à 309 sont alors fournies à un circuit de comparaison des distorsions 344 qui compare les neuf valeurs de distorsion provenant ainsi des neuf cellules et détermine celle qui est la plus faible. Celui des neuf déplacements qui conduit à cette distorsion de bloc minimale est appelé Dminî et, après extraction de la mémoire 345, est envoyé vers le deuxième circuit d'estimation 350 qui reprend exactement les mêmes opératisons que le circuit d'estimation 300, mais sur neuf autres valeurs de déplacements qui sont les suivantes :Dx, Dy = Dminî + (1, 1), Dminî + (1,0), Dminî + (1, -1) Dminî + (0, 1), Dminî + ( , O), Dminî + (0, -1), Dminî (-1, 1), Dminî + (-1, O), Dminî + (-1, -1), et qui sont cette fois stockées dans une mémoire 395 recevant Dmin1. The nine respective outputs of the nine cells 301 to 309 are then supplied to a distortion comparison circuit 344 which compares the nine distortion values thus originating from the nine cells and determines which one is the lowest. That of the nine displacements which leads to this minimal block distortion is called Dminî and, after extraction of the memory 345, is sent to the second estimation circuit 350 which takes up exactly the same operations as the estimation circuit 300, but on nine other displacement values which are as follows: Dx, Dy = Dminî + (1, 1), Dminî + (1,0), Dminî + (1, -1) Dminî + (0, 1), Dminî + (, O), Dminî + (0, -1), Dminî (-1, 1), Dminî + (-1, O), Dminî + (-1, -1), and which are this time stored in a memory 395 receiving Dmin1.
Le circuit d'estimation 350 comprend neuf cellules 351 à 359, comprenant elles-mêmes des éléments 361 à 381 pour la première, 362 à 382 pour la seconde, etc... et qui, comme précédemment, sont un additionneur (361 à 369), un soustracteur (371 à 379) et circuit d'élévation au carré et de sommation (381 à 389) prévus en série. Les sorties des neuf cellules 351 à 359 sont fournies à un circuit de comparaison des distorsions 394 qui détermine la distorsion la plus faible et permet la sélection du déplacement Dmin2 correspondant, celui qui minimise la distorsion pour, le bloc courant X de l'image 2k+l. The estimation circuit 350 comprises nine cells 351 to 359, themselves comprising elements 361 to 381 for the first, 362 to 382 for the second, etc. and which, as before, are an adder (361 to 369 ), a subtractor (371 to 379) and squaring and summing circuit (381 to 389) provided in series. The outputs of the nine cells 351 to 359 are supplied to a distortion comparison circuit 394 which determines the lowest distortion and allows the selection of the corresponding displacement Dmin2, that which minimizes the distortion for, the current block X of the image 2k + l.
Le déplacement ainsi sélectionné est alors envoyé vers le canal d'assistance numérique 20, tandis que la sortie du circuit 203 de sous-échantillonnage spatial est envoyée vers le circuit d'aiguillage 103. A la réception, le dispositif de compensation de mouvement reçoit une séquence d'images avec une cadence de 25 images par seconde, ces images étant spatialement sous-czhantillonnées, et restitue une séquence d'images de 50 images par seconde, 1250 lignes, format entrelacé 2:1, 1440 points par ligne, et 54.106 échantillons par seconde. The displacement thus selected is then sent to the digital assistance channel 20, while the output of the spatial subsampling circuit 203 is sent to the routing circuit 103. On reception, the motion compensation device receives a image sequence with a frame rate of 25 images per second, these images being spatially undersampled, and reproduces a sequence of images of 50 images per second, 1250 lines, 2: 1 interlaced format, 1440 dots per line, and 54.106 samples per second.
Ce dispositif de compensation de mouvement à la réception comprend tout d'abord, comme indiqué sur l'exemple de réalisation de la figure 4, un circuit de postfiltrage spatial 401 réalisant une interpolation spatiale pour obtenir une séquence de 25 images par seconde, 1250 lignes par image, 1440 points par ligne. Ce circuit 401 est suivi d'un circuit de retard 402 (le retard apporté est ici de 20 millisecondes), puis d'un commutateur 403 qui permet, à partir de deux séquences d'image ayant chacune une période de 40 millisecondes mais décalées de 20 millisecondes, de reconstituer une séquence ayant une période de 20 millisecondes. En sortie du circuit de postfiltrage spatial 401 est par ailleurs prévu, en parallèle sur la connexion en série des circuits 402 et 403, un étage d'interpolation temporelle compensée en mouvement 404. This motion compensation device on reception comprises first of all, as indicated in the embodiment of FIG. 4, a spatial postfilter circuit 401 performing spatial interpolation to obtain a sequence of 25 images per second, 1250 lines per image, 1440 points per line. This circuit 401 is followed by a delay circuit 402 (the delay provided here is 20 milliseconds), then by a switch 403 which allows, from two image sequences each having a period of 40 milliseconds but offset by 20 milliseconds, to reconstruct a sequence having a period of 20 milliseconds. At the output of the spatial post-filtering circuit 401 is also provided, in parallel on the series connection of the circuits 402 and 403, a temporal interpolation stage compensated in motion 404.
Cet étage 404 comprend d'une part deux mémoires d'image en série 441 et 443, qui stockent les deux images successivement transmises par le canal analogique 10 et postfiltrées, c'est-à-dire les deux images de rang 2k et 2k+2 respectivement, et d'autre part un additionneur 444 qui est placé en sortie desdites mémoires et qui permet d'effectuer la demisomme des images transmises, selon l'expression (4) où X.re- présente les coordonnées du point courant, Dmin2 le déplacement attribué au point et délivré par le canal d'assistance numérique 20, I(X-Dsin2, 2k) et I(X+Dzin2, 2k+2) l'intensité aux points associés à X sur les images transmises de rang 2k et 2k+2 respectivement (compte tenu du mouvement estimé), et Î l'intensité au point X de l'image éliminée à reconstituer.La sortie del'additionneur 444 constitue la deuxième entrée du commutateur 403. This stage 404 comprises on the one hand two serial image memories 441 and 443, which store the two images successively transmitted by the analog channel 10 and postfiltered, that is to say the two images of rank 2k and 2k + 2 respectively, and on the other hand an adder 444 which is placed at the output of said memories and which makes it possible to perform the half-sum of the transmitted images, according to expression (4) where X. represents the coordinates of the current point, Dmin2 the displacement assigned to the point and delivered by the digital assistance channel 20, I (X-Dsin2, 2k) and I (X + Dzin2, 2k + 2) the intensity at the points associated with X on the transmitted images of rank 2k and 2k + 2 respectively (taking into account the estimated movement), and Î the intensity at point X of the eliminated image to be reconstructed. The output of the adder 444 constitutes the second input of the switch 403.
Le commutateur 403 reçoit donc d'une part des images 1:1 qui sont les images 2k, 2k+2, etc... transmises toutes les 40 millisecondes et d'autre Part des images 1:1 qui sont les images î estimées d'après le déplacement transmis par le canal 20 et dont la période est également 40 millisecondes avec un décalage de 20 millisecondes par, rapport aux images transmises, et il délivre donc une séquence d'images ayant une cadence de 20 millisecondes entre images. Un circuit de conversion de format 405 transforme cette suite d'images séquentielles en une suite d'images entrelacées, qui est alors fournie à un multiplexeur 406. La sortie de ce multiplexeur 406 constitue la séquence d'images entrelacées à haute définition prête à être visualisée. The switch 403 therefore receives on the one hand 1: 1 images which are the 2k, 2k + 2 images, etc., transmitted every 40 milliseconds and on the other hand 1: 1 images which are the estimated images i of 'after the movement transmitted by channel 20 and whose period is also 40 milliseconds with an offset of 20 milliseconds per, compared to the transmitted images, and it therefore delivers a sequence of images having a rate of 20 milliseconds between images. A format conversion circuit 405 transforms this sequence of sequential images into a sequence of interlaced images, which is then supplied to a multiplexer 406. The output of this multiplexer 406 constitutes the sequence of interlaced high definition images ready to be viewed.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels des variantes ou perfectionnements peuvent être prévus sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described above and shown, from which variants or improvements can be provided without departing from the scope of the invention.
Les structures de dispositif précédemment décrites peuvent en effet être modifiées afin d'obtenir un taux de sous-échantillonnage temporel plus élevé, par exemple égal à 4. Ces structures modifiées sont représentées sur la figure 5, pour la partie émission, et sur la figure 6, pour la partie réception. The device structures described above can indeed be modified in order to obtain a higher temporal subsampling rate, for example equal to 4. These modified structures are represented in FIG. 5, for the transmission part, and in FIG. 6, for the reception part.
Le dispositif d'estimation de mouvement à l'émission comprend, comme indiqué sur la figure 5, d'une part le dispositif de la figure-2, ici désigné par la référence 510, et d'autre part, à l'entrée de ce dispositif 510, un circuit de filtrage temporel à maintien, composé d'un circuit à retard 501 imposant un retard égal à T et d'un additionneur 502, et un circuit 503 de sous-échantillonnage temporel. Le circuit de filtrage (501, 502) reçoit les images 1250 lignes, 50 Hz, 2*1 et fournit à sa sortie une série d'images séquentielles (1250 lignes, 50 Hz, 1:1) dont l'échantillonnage permet d'obtenir a l'entrée du dispositif d'estimation de mouvement 510 une série d'images séquentielles 1250 2, 25 Hz, 1:1.Cette séquence d'images est traités par le dispositif 510 qui délivre finalement une série d'images séquentielles de période 80 millisecondes. The device for estimating movement on transmission comprises, as indicated in FIG. 5, on the one hand the device of FIG. 2, here designated by the reference 510, and on the other hand, at the input of this device 510, a time-keeping filtering circuit, composed of a delay circuit 501 imposing a delay equal to T and of an adder 502, and a circuit 503 of time sub-sampling. The filtering circuit (501, 502) receives the 1250 line, 50 Hz, 2 * 1 images and provides at its output a series of sequential images (1250 lines, 50 Hz, 1: 1) whose sampling makes it possible to obtain at the input of the motion estimation device 510 a series of sequential images 1250 2, 25 Hz, 1: 1. This sequence of images is processed by the device 510 which finally delivers a series of sequential images of 80 millisecond period.
De même, à la réception, le dispositif de compensation de mouvement comprend, comme indiqué sur la figure 6, d'une part-le dispositif de la figure 4 désigné ici par la référence 520 et d'autre part, en sortie de ce dispositif 520, un circuit d'interpolation composé d'un circuit à retard 521 imposant un retard égal à T et d'un commutateur 522. Ce circuit d'interpolation (521, 522) permet de transformer la série d'images séquentielles 1250 lignes, 25 Hz, 1440 points par ligne présente en sortie du dispositif 520 en une séquence d'images entrelacées ayant une cadence temporelle de 20 millisecondes, c'est-à-dire en une série d'images 1250 lignes, 50 Hz, 2:1, 54 M-échantillons par secondes, qui est fournie au multiplexeur dont la sortie constitue la séquence d'images entrelacées à haute définition prête à être visualisée. Similarly, on reception, the motion compensation device comprises, as shown in FIG. 6, on the one hand, the device of FIG. 4 designated here by the reference 520 and, on the other hand, at the output of this device. 520, an interpolation circuit composed of a delay circuit 521 imposing a delay equal to T and of a switch 522. This interpolation circuit (521, 522) makes it possible to transform the series of sequential images 1250 lines, 25 Hz, 1440 dots per line present at the output of the device 520 in a sequence of interlaced images having a temporal cadence of 20 milliseconds, that is to say in a series of images 1250 lines, 50 Hz, 2: 1 , 54 M-samples per second, which is supplied to the multiplexer whose output constitutes the sequence of interlaced images in high definition ready to be viewed.
ANNEXE (1) Î(X, 2k+1) =I(X-D: 2k) + I(X+D, 2k+2)
2 (2) # [I(X, 2k+1) - î(X, 2k+1)]
blocs (3) t DFD (X, Dx)
blocs
I(X - Dmin2, 2k) + I(X + Dmin2, 2k+2)
(4) î=
2 APPENDIX (1) Î (X, 2k + 1) = I (XD: 2k) + I (X + D, 2k + 2)
2 (2) # [I (X, 2k + 1) - î (X, 2k + 1)]
blocks (3) t DFD (X, Dx)
blocks
I (X - Dmin2, 2k) + I (X + Dmin2, 2k + 2)
(4) î =
2
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CD | Change of name or company name | ||
| ST | Notification of lapse |