FR2729520A1 - Procede de regulation du debit de codage par prediction temporelle et compensation de mouvement, d'un signal numerique de television - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation du débit de codage par TCD et prédiction temporelle par compensation de mouvement, d'un signal numérique de télévision. Les trames courante Tn et suivante Tn+1 étant soumises à un processus de quantification (101) avec un pas de quantification qn , qn+1 engendrant un débit par trame dn , dn+1 , le procédé consiste pour chaque trame courante à approximer (102) la loi de variation du logarithme de débit de codage à une fonction linéaire du logarithme du pas de quantification Log(dn ) = a - 1/m Log(qn ) a et m étant des valeurs expérimentales sensiblement constantes. Le pas de quantification qn de la trame courante est adapté (103) à une valeur qn+1 pour la trame suivante par un coefficient d'adaptation r, qn+1 = r.qn avec r = (dn /dc )**m où dc représente un débit cible pour réguler le débit dn+1 de la trame suivante successivement à la valeur du débit cible dc Application au codage de signaux numériques de télévision conventionnelle ou haute définition.

Description

Procédé de régulation du débit de codage
par prédiction temporelle et co pensation de mouvement,
d'un signal numérique de télévision.

L'invention concerne un procédé de régulation du débit de codage, par compensation de mouvement et transformation en cosinus discrète TCD, d'un signal numérique de télévision.

A l'heure actuelle, afin de diminuer le débit de transmission des signaux numériques représentatifs d'images de télévision, une technique utilisée consiste à procéder, avant transmission de ces signaux, à un processus de codage hybride à base de transformation fréquentielle de type
Transformation en Cosinus Discrète, TCD, et de prédiction temporelle par compensation de mouvement, ce qui permet de limiter la quantité d'information transmise à celle représentative de l'évolution de chaque image par rapport à une ou plusieurs images antérieures. On rappelle que le codage hybride consiste, pour une trame considérée, à effectuer un codage intra-trame, inter-trame et/ou inter-image.

Le schéma synoptique d'un tel processus de codage est représenté en figure 1, relative à la technique actuellement connue, dans laquelle les signaux d'image, constitués par des signaux numériques Y et C représentatifs de signaux de luminance et de chrominance de pixels d'images, sont soumis à une transformée fréquentielle TCD, à une quantification Q et à un codage à longueur variable CLV, puis, suite à un multiplexage avec des données auxiliaires formées par une information de codage intra-trame, inter-trame ou interimage, des valeurs de vecteurs mouvement, des signaux de synchronisation, sont stockés dans une mémoire, ou tampon d'émission, préalablement à la transmission de ces signaux pour diffusion. Une image courante décodée locale est obtenue à partir de l'image courante quantifiée, ou des trames constitutives de celles-ci par quantification et transformée fréquentielle inverse.Une boucle de prédiction temporelle permet d'obtenir, à partir de cette image décodée locale et de vecteurs mouvements calculés entre l'image suivante et l'image courante décodée locale, une prédiction de l'image suivante. L'erreur de prédiction de l'image suivante est obtenue par différence de l'image suivante et de l'image suivante prédite, une commutation sur critère de décision de codage intra-trame ou inter et/ou intra-trame étant effectuée entre image suivante et erreur de prédiction de l'image suivante. La commutation précitée est effectuee de façon à soumettre à l'opération de transformée fréquentielle la voie acheminant le signal représentatif de l'image suivante, respectivement de l'erreur de prédiction de l'image suivante de plus faible énergie, ce qui permet de retenir le signal numérique dont le débit est le plus faible.

Un tel processus de codage a fait l'objet d'une normalisation (European Telecommunications Standard), norme
ETS 300 174, et d'une recommandation, Recommandation
Rec 723, par le CCIR pour les transmissions de signaux numériques de télévision 34 ou 45 Mbits/s.

Dans les systèmes de transmission de signaux de télévision numérique actuels, en particulier pour certaines applications, le débit de transmission est fixe, et sensiblement imposé par la voie de transmission elle-même.

En conséquence, il est nécessaire d'assurer une régulation du débit des signaux numériques engendrés au cours du processus de codage, à l'émission, et du processus de décodage, à la réception.

Pour cette raison, ainsi que représenté en figure 1, un processus de régulation de débit est prévu, par l'intermédiaire d'une boucle de régulation de débit, entre la mémoire de stockage, tampon d'émission, et l'opération de quantification Q, laquelle influe bien sûr sur le débit des signaux numériques transmis, après codage, à la mémoire de stockage.

Différentes études visant à proposer un processus de régulation de débit, compatible avec les textes normatifs précités, ont été effectuées.

Parmi celles-ci, on peut citer l'étude intitulée "Bit Rate Regulation for Digital Television Coding", publiée par CHOFFRAY J-P, DELOGUE P, PONCIN O, VAN CAILLIE B
Laboratoire de Télécommunications et d'Hyperfréquences,
Université Catholique de Louvain, Bâtiment Maxwell, B-1348
Louvain-la-Neuve, Belgique - Packet Video 91.

Dans l'étude précitée, grâce à la contre-réaction réalisée, le pas de quantification appliqué à chaque trame est directement dérivé du niveau de remplissage de la mémoire de stockage par une relation linéaire.

Un tel processus opératoire, très simple, présente toutefois les inconvénients ci-après.

Du fait de la relation directe entre le niveau de remplissage de la mémoire de stockage et le pas de quantification, il n'existe pas de garantie certaine de protection contre le débordement de la mémoire de stockage, alors que la raideur de la loi linéaire précitée rend difficile tout ajustement efficace de celle-ci pour éviter le risque de débordement.

En effet, si la pente de la loi linéaire est trop faible, les risques de débordement ou de vidage de la mémoire de stockage ne peuvent être supprimés. Si cette pente est trop forte, le pas de quantification est susceptible d'être soumis à des oscillations de valeurs, lesquelles sont toutà-fait nuisibles à la qualité subjective de l'image perçue par un observateur.

Enfin, la technique précitée ne permet aucunement de contrôler le remplissage du tampon d'émission, afin que l'état de remplissage de celui-ci converge vers un niveau de remplissage de référence suffisamment bas pour permettre l'absorption de pointes de débit de codage dues à un changement de plan de prise de vues, ou, par exemple, à un rafraîchissement complet d'une trame en mode de codage intra-trame.

On peut en outre citer l'étude intitulée "Bit Rate
Control for Digital TV and HDTV Codes n publiée par J-P
LEDUC, Laboratoire de Télécommunications et de Télédetection, Université Catholique de Louvain, Bâtiment Maxwell,
B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgique, dans la revue Signal
Processing Image Communication 6 (1994), p.25-45.

La technique de régulation de débit proposée dans cette étude utilise également une loi linéaire liant le pas de quantification et le débit. Toutefois, afin de réduire les inconvénients de la première technique citée, le processus proposé dans cette deuxième technique de régulation introduit une fonction de coût, une fonction de prédiction des débits futurs sur les trames ultérieures à partir d'un filtrage de Kalman, une fonction de recherche de chemin optimal dans le graphe des débits futurs. La technique précitée procède donc d'une approche très sophistiquée mais nécessite une mise en oeuvre très délicate.

La présente invention a pour objet la mise en oeuvre d'un procédé de régulation du débit de codage par transformation en cosinus discrète TCD et prédiction temporelle par compensation de mouvement d'un signal numérique de télévision permettant de s'affranchir des inconvénients des techniques de l'art antérieur précitées.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé de régulation du débit de codage par transformation TCD et prédiction temporelle par compensation de mouvement d'un signal numérique de télévision permettant une évolution douce des valeurs de pas de quantification utilisé, en l'absence d'oscillation de ces valeurs susceptible de nuire à la qualité subjective des images et des scènes que ces dernières représentent.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre du procédé de régulation de débit de codage précité, permettant une convergence rapide de la valeur du débit de codage vers une valeur de débit cible, lors des changements de plans, ainsi qu'un contrôle aisé du niveau de remplissage de la mémoire de stockage dans des limites de niveau de remplissage spécifiques.

Un autre objet de la présente invention est enfin la mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage précité permettant en outre, dans le cadre du contrôle du niveau de stockage précédemment mentionné, d'assurer une convergence périodique du niveau de remplissage de la mémoire de stockage vers une valeur de consigne suffisamment basse pour permettre l'absorption de pointes de débit de codage ultérieures, relatives à une ou plusieurs trames successives.

Le procédé de régulation du débit de codage, par prédiction temporelle et compensation de mouvement, d'un signal de télévision, constitué par une succession de trames de coefficients obtenus par transformation fréquentielle et représentatifs de valeurs de luminance et de chrominance de pixels d'image, codage dans lequel ces coefficients sont soumis à un processus de quantification, suivi d'un codage à longueur variable, puis, avant transmission, d'une mémorisation dans un espace mémoire de capacité déterminée, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il consiste, pour chaque trame courante de rang n et suivante, de rang n+l, chacune de ces trames étant soumise, en fonction de son rang, audit processus de quantification avec un pas de quantification q,, qnvl permettant d'engendrer, après codage, un débit de codage correspondant dfl, pour la trame courante considérée, à approximer la loi de variation du logarithme du débit de codage, pour au moins une plage de valeurs de débit déterminée, en fonction du logarithme du pas de quantification, à une combinaison linéaire du logarithme du pas de quantification de la forme
Log(dn) = a - 1/m Log (qu), a et m représentant des valeurs expérimentales déterminées, sensiblement constantes sur la durée de la trame courante et de la trame suivante.

Le pas de quantification qn appliqué à la trame courante est ajusté à une valeur qu+1, avec qnvl = r.qn, où r représente un coefficient d'adaptation du pas de quantification, pour établir un pas de quantification qnvl appliqué à la trame suivante et obtenir un débit cible dc, après quantification et codage, ledit coefficient d'adaptation r vérifiant la relation r = (dn/dC) -
Ce mode opératoire permet de réguler la valeur du débit de codage dnvl de la trame suivante à la valeur de débit cible dc, successivement.

Le procédé de régulation du débit de codage par prédiction temporelle et compensation de mouvement d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, trouve application à la réalisation de codecs (processus de codage-décodage) de signaux numériques de télévision compatibles avec les normes ETS 300 174 et recommandation Rec 723 du CCIR, et aux extensions possibles de ces normes aux signaux de télévision numérique haute définition, TVHD, pour des débits de codage compris entre 34 et 70 Mbits/s et aux signaux de télévision conventionnelle à des débits de codage beaucoup plus faibles, compris entre 6 et 12 Mbits/s.

Le procédé de régulation du débit de codage par TCD et prédiction temporelle par compensation de mouvement d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, sera mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels, outre la figure 1 relative à l'art antérieur connu,
- la figure 2a représente un organigramme illustratif de la mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage par prédiction temporelle et compensation de mouvement d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention
- la figure 2b représente un organigramme illustratif d'une variante de mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage par prédiction temporelle et compensation de mouvement d'un signal numérique de télévi sion, objet de la présente invention
- les figures 3a à 3k représentent des courbes de la loi d'évolution du débit de codage, exprimé en bits par point, selon la loi d'approximation conforme à l'objet du procédé selon l'invention, représentée en pointillés, et selon un relevé expérimental représenté en trait continu, effectué sur différentes séquences de référence de signaux numériques de télévision, en fonction de la valeur du facteur de quantification de luminance, fonction du pas de quantification, le facteur de quantification de chrominance étant obtenu par simple translation à partir du facteur de quantification de luminance
- les figures 4a à 4d représentent une première variante de mise en oeuvre du procédé de régulation de débit de codage, objet de l'invention, appliqué à des débits élevés sensiblement constants, supérieurs à 17 Mbits/s en TV conventionnelle ou supérieurs à 70 Mbits/s en TVHD, pour des séquences d'images et de trames sur lesquelles un rafraichissement par codage intra-trame est effectué partiellement sur chacune des trames successives,
- les figures 5a à 5c représentent une deuxième variante de mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage, objet de l'invention, appliqué à des débits beaucoup plus faibles, inférieurs à 16 Mbits/s, en télévision conventionnelle, pour lesquelles un rafraîchissement par codage intra-trame est effectué complètement sur une trame parmi N trames successives.

Une description plus détaillée du procédé de régulation du débit de codage par TCD et prédiction temporelle par compensation de mouvement d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2a et 2b.

Préalablement à la description proprement dite du procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision, conforme à l'objet de la présente invention, on indique, en liaison avec la figure la, que ce signal numérique de télévision formé par un signal numérique
Y constitué par des trames paire respectivement impaire constituant une image, comprend des lignes de pixels représentatifs des valeurs de luminance et de chrominance de chacun de ces pixels. Le signal numérique précité est soumis à un processus de transformée fréquentielle TCD et les signaux obtenus en sortie de ce processus sont constitués sous forme de trames successives de coefficients, représentatifs dans le domaine des fréquences des valeurs de luminance et de chrominance des pixels d'image précités.Ces coefficients sont bien entendu soumis au processus de quantification, suivi du codage à longueur variable CLV, un multiplexage permettant d'ajouter à ces signaux une information de codage intra/inter-trame/inter-image, des informations de vecteur de mouvement, de synchronisation et de codage des composantes de chrominance Cb/Cr. Après multiplexage, le signal multiplexé ainsi constitue est mémorisé dans la mémoire M, ou tampon d'émission, telle que représentée en figure 1, en vue de la transmission du signal ainsi constitué après codage.

Ainsi qu'on l'a représenté plus particulièrement en figure 2a, le procédé de régulation du débit de codage, objet de la présente invention, consiste, pour chaque trame courante de rang n et chaque trame suivante de rang n+l, chacune de ces trames étant soumise au processus de quantification précité avec un pas de quantification spécifique, noté qn, qn respectivement et chaque pas de quantification permettant d'engendrer pour chaque trame T n, Tn+l, un débit de codage correspondant dn, dn+l, à approximer la loi de variation du logarithme du débit de codage dn de chaque trame courante pour au moins une plage de valeurs de débit déterminées à une combinaison linéaire du pas de quantification de la trame considérée, cette loi de variation vérifiant la relation
Log(dn) = a - l/m Log(qn) (1).

Dans la relation précitée, les paramètres a et m représentent des valeurs expérimentales déterminées, sensiblement constantes sur la durée de la trame courante Tn et de la trame suivante Tn.l.

En outre, le procédé de régulation du débit de codage, objet de la présente invention, consiste également à adapter le pas de quantification qn appliqué à la trame courante à une valeur, notée t+1, avec qn+1 = r.qn où r représente un coefficient d'adaptation du pas de quantification pour établir un pas de quantification qn+l appliqué à la trame suivante Tn+l, et obtenir ainsi un débit cible dc après quantification et codage de la trame suivante considérée.

Le coefficient d'adaptation r vérifie la relation
r = (dn/dC) = rO . rcon (2)
Ce mode opératoire permet de réguler la valeur du débit de codage dn+l de la trame suivante T+1 à la valeur de débit cible dc successivement.

Sur la figure 2a, on a représenté un organigramme illustratif de la mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage, objet de la présente invention.

De manière pratique, l'étape 100 représentée en figure 2a correspond à une étape d'initialisation, laquelle permet de fixer les paramètres de débit cible dc et i relatifs à la loi de variation du logarithme du débit de codage dn en fonction du facteur de quantification qn. Ce paramètre m est déterminé de façon expérimentale, ainsi qu'il sera décrit ci-après dans la description, le paramètre a n'intervenant toutefois pas dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

L'étape 100 d'initialisation est suivie d'une étape 101 correspondant, pour la trame courante Tn de rang n, à l'établissement des paramètres de pas de quantification qn, et finalement de débit de codage dfl obtenu après le traitement de la trame courante Te L'étape 101 précitée est suivie d'une étape 102 représentée en pointillés, car cette étape 102 est implicitement réalisée pour toutes les trames de rang n quelconque de la séquence d'image et de trame constitutive du signal de télévision numérique dont le débit est régulé conformément au procédé objet de la présente invention.En d'autres termes, on indique que l'étape 102, en raison des constatations expérimentales qui seront décrites ultérieurement dans la description, permet en fait de déterminer le paramètre m, lequel a servi à l'initialisation du processus à l'étape 100 précédemment mentionnée dans la description. Bien entendu, l'étape 102, valable pour toutes les trames de rang n, permet donc le calcul des valeurs de débit an de chacune des trames de rang n considéré avec le pas de quantification qn précédemment mentionné à l'étape 101 précédemment citée.

L'étape 101 précitée est alors suivie de l'étape 103, laquelle consiste à adapter le pas de quantification qa pour la trame Tn considérée, à la valeur qnvl appliquée à la trame suivante Tn+1 pour obtenir le débit cible de précité.

L'adaptation est bien entendu effectuée selon la relation (2) précédemment mentionnée à partir des paramètres a et m déterminés grâce aux constatations expérimentales symbolisées par l'étape 102. L'étape 103 précédemment citée d'adaptation du pas de quantification, est alors suivie d'une incrémentation 104 de la valeur de n, correspondant au rang de la trame considérée, à la valeur n+l, ce qui permet, par retour à l'étape 101, de coder la trame suivante Tnfl de rang n+l en appliquant le pas de quantification qnl et d'engendrer ainsi un débit de codage dnl.

D'une manière générale, on indique que le coefficient r d'adaptation du pas de quantification peut être exprimé sous la forme
r = ro.rcorr avec r0 = (dn/do)- et rccrr = (do/d) ainsi que mentionné dans la relation (2) précitée.

Le paramètre r0 désigne la contribution du coefficient d'adaptation du pas de quantification pour un débit en ligne Q, ce débit en ligne étant ramené en bits/point pour la vidéo en l'absence de protection contre les erreurs dans le cas d'une transmission à débit constant.

Selon un aspect particulièrement avantageux du procédé de régulation du débit de codage d'un signal de télévision numérique, objet de la présente invention, on indique que le paramètre r0 peut être exprimé, selon la relation (3) ci-après, en fonction de la variation de la capacité de la mémoire de stockage M, cette variation étant notée AM, et du nombre de points, noté nbpts, où nbpts désigne le nombre de points image par trame, SM représentant la variation de remplissage de l'espace mémoire, c'est-à-dire de la mémoire M pour la trame courante Tn. La variation de remplissage de l'espace mémoire SM vérifie la relation
AM = (dn-dO).nbpts.

Dans ces conditions, on indique que le coefficient d'adaptation du pas de quantification r0 vérifie la relation (3) précitée
r0 = (l+AM/(d0.nbpts)1a (3).

En outre, et de manière avantageuse, le paramètre d'adaptation du facteur de quantification de correction rcorr peut être exprimé en fonction de l'état d'occupation de espace mémoire M, avant le codage de la trame courante T n, cette valeur étant notée Mn et d'un état d'occupation objectif de l'espace mémoire, noté 6, vers lequel il est souhaitable de faire converger l'état d'occupation de cet espace mémoire afin d'être en mesure d'absorber les pointes de débit susceptibles d'intervenir lors d'un changement de plan de prise de vue ou d'un rafraichissement intra-trame.

Le coefficient d'adaptation du pas de quantification de correction vérifie alors la relation
rcorr = [1+#(Mo-Mn)/(nbpts.do)]-@ (4).

Dans la relation précitée, on indique que k désigne un facteur de convergence, lequel sera explicité ultérieurement dans la description.

D'une manière générale, on indique que le procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, peut être utilisé, soit pour appliquer uniquement une valeur de consigne de débit, la valeur dc correspondant à un débit cible égale par exemple à la valeur do précédemment mentionnée, soit pour appliquer une consigne de débit en ligne constant, égale à Q, en sortie de la mémoire M et une valeur de consigne de convergence de l'état d'occupation de la mémoire M de stockage vers une valeur MO objectif, ainsi que mentionné précédemment dans la description.

Les deux modes opératoires précités feront l'objet d'un exposé plus détaillé ultérieurement dans la description.

Le procédé de régulation du débit de codage objet de la présente invention, peut notamment être mise en oeuvre dans un cas plus spécifique correspondant au schéma de codage normalisé par la norme ETS 300 174 précédemment mentionnée dans la description pour les liaisons à 34-45 Mbits/s et une extension de ce schéma de codage à des débits inférieurs ou au traitement de signaux de TVHD,
Dans un tel cas, la quantification des coefficients obtenus en sortie du processus de traitement par transformée fréquentielle TCD est obtenue en deux étapes
- pondération des coefficients obtenus par division par une matrice de seuil de visibilité
- quantification des coefficients normalisés par une loi quasi-linéaire.

Dans un tel cas, le pas de quantification utilisé pour traiter les coefficients normalisés est calculé en fonction de l'occupation de l'espace mémoire M et, pour chaque trame Tn de rang n, il vérifie la relation = = 2fn/16 (5) relation dans laquelle fn représente un facteur de quantification.

D'une manière générale, on indique que le facteur de quantification fn consiste en fait en un facteur de quantification spécifique pour les signaux de luminance et les signaux de chrominance. Le facteur de quantification relatif aux signaux de luminance respectivement de chrominance est une valeur entière comprise entre O et 175.

Dans le cas précédemment cité et pour un pas de quantification qn vérifiant la relation (5) précédemment mentionnée où fn désigne un facteur de quantification appliqué au coefficient de la trame courante T,, le procédé objet de la présente invention consiste alors à approximer la loi de variation du logarithme du débit de codage pour au moins une plage de valeurs de débit déterminé en fonction du facteur de quantification à une combinaison linéaire du facteur de quantification de la forme
Log(dfl) = a-b.fn (6).

Dans cette relation, a représente le même paramètre que dans la relation (1) précédemment mentionnée dans la description et b représente une valeur expérimentale déterminée, sensiblement constante sur la durée des trames courante et suivante.

On indique toutefois que le paramètre b est lié au paramètre m de la relation (1) précédemment citée par la relation
m = Log(2)/(16.b) (7).

Le procédé objet de la présente invention peut alors consister à incrémenter le facteur de quantification fn appliqué à la trame courante d'une valeur df pour établir un facteur de quantification fnvl appliqué à la trame suivante Tnvl pour obtenir le débit cible dc après quantification et codage, l'incrément de valeur du facteur de quantification df vérifiant la relation
df = -l/b Log(dc/dn) (8).

Sur la figure 2b, on a représenté un mode opératoire de mise en oeuvre du procédé, objet de la présente invention, dans le cas particulier précité où le pas de quantification qn pour la trame Tn de rang n considérée est une relation exponentielle du facteur de quantification fn appliqué à la trame de rang n considérée.

On comprend également que les étapes 100, 101a, 102a et 103a jouent bien entendu le même rôle que les étapes 100, 101, 102, 103 respectivement de la figure 2a, le paramètre b d'initialisation de l'étape 100 étant obtenu grâce à l'approximation de la loi de variation du logarithme du débit dn à une fonction linéaire du facteur de quantification fn ainsi que représenté à l'étape 102a.Bien entendu, à l'étape 103a, le facteur de quantification fn est ajusté à la valeur fnvl pour la trame suivante de rang n+l, par incrémentation du facteur de quantification fn de la valeur df obtenue, l'incrémentation de la valeur n à la valeur n+1 à l'étape 104 permettant le retour à l'étape lOla pour la trame de rang n+l et le calcul du pas de quantification qnl, le débit de codage résultant étant dnl.

Les modes opératoires de mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, tels qu'illustrés avec les figures 2a et 2b dans un mode de réalisation particulier correspondant au cas où le pas de quantification est une fonction exponentielle du facteur de quantification fn, seront maintenant décrits et justifiés en liaison avec les figures 3a à 3k par l'exposé ci-après.

Des essais expérimentaux ont été conduits lors de la mise en oeuvre d'un processus de codage en boucle ouverte, la boucle de régulation de débit étant ouverte et la régulation de débit étant ainsi supprimée sur un certain nombre de séquences d'images, et donc de trames, dites de référence.

Les trames de référence ont en particulier porté sur les séquences d'images de référence dénommées
- "flower garden"
- "mobile et calendrier"
- "Renata"
- "prlcar" ;
- "tennis de table".

Ces essais expérimentaux ont été conduits, d'une part, sur une première trame portant la référence trame 1, codée uniquement en mode intra-trame, et, d'autre part, sur une deuxième trame, sixième trame de chaque séquence d'image portant la référence trame 6 où tous les modes de codage, en particulier les modes inter-trame et inter-image à compensation de mouvement sont utilisés, pour réaliser un codage hybride.

De l'ensemble des résultats expérimentaux obtenus et de l'observation de ces résultats sous forme des courbes telles que représentées en figures 3a à 3k, il apparaît que l'évolution du débit en fonction de la valeur du facteur de quantification appliqué aux coefficients représentatifs des signaux de luminance en échelle semi-logarithmique est sensiblement linéaire pour une plage de valeurs déterminées.

Pour l'ensemble des courbes représentées en figures 3a à 3k, on indique que le facteur de quantification de luminance, noté fl, constitue la variable portée en abscisses de ces courbes alors qu'en ordonnées sont portées les valeurs du logarithme du débit correspondant. Pour l'enseo- ble des courbes précitées, représentées en figures 3a à 3k, le facteur de quantification des coefficients représentatifs de la chrominance, notés fc, est obtenu par une relation linéaire
fc = fl+fx avec, pour les courbes représentées sur les figures préci tées, fx = 20.

L'observation des courbes précitées montre que celles-ci présentent une partie sensiblement linéaire sur une plage de valeurs du facteur de quantification de luminance fl correspondant aux parties médianes comprise entre
- (60,140] en mode de codage intra-trame, trame 1
- (60,120] en mode de codage inter-trame, trame 6.

Les valeurs du facteur de quantification de luminance fl utilisées par un système de codage en boucle fermée avec régulation de débit sortent très rarement des fourchettes précédemment mentionnées pour les débits considérés. On peut donc conclure que, pour un mode de fonctionnement normal de ce système de codage, la relation entre le facteur de quantification fl des coefficients de luminance et le logarithme du débit peut être approximée à une fonction linéaire de ce dernier, fonction linéaire précédemment mentionnée dans la description par la relation (8).

Bien entendu, en raison de l'existence de la relation linéaire liant l'inverse du paramètre b et le paramètre m précédemment mentionnés dans la description, relation (7), les courbes expérimentales précitées permettent également d'établir la relation linéaire existant selon la relation (1) entre le logarithme du débit pour chaque trame courante, et le logarithme du pas de quantification appliqué qn pour la trame courante considérée. Sur les courbes représentées en figure 3a à 3k, les valeurs expérimentales ont été représentées suite à une régression linéaire en prenant en compte les mesures dans l'intervalle t60,120] des valeurs du facteur de quantification de luminance et les valeurs théoriques représentées en pointillés sur les courbes des figures 3a à 3k précitées ont été superposées aux valeurs expérimentales représentées en trait continu.L'on peut constater qu'il y a parfaite adéquation entre les parties médianes des courbes correspondant à la plage de valeurs déterminées et les valeurs théoriques exprimées selon les relations (1) ou (8) précitées.

En référence à la relation (8) précitée, on indique que le paramètre a et le paramètre b dépendent des séquences d'images traitées ainsi que du mode de codage intra-trame ou hybride.

On peut toutefois noter qu'il existe une faible dispersion des valeurs du paramètre b, soit
- pour un codage en mode intra-trame, b varie de 0,0249 à 0,0281, et
- pour un codage hybride, mode intra et inter-trame et pour les cinq séquences d'images de référence utilisées, les valeurs de b varient entre 0,0347 et 0,0440.

D'une manière générale, on indique que le facteur de quantification fn de la trame courante est constitué par deux composantes : une composante de facteur de quantification de luminance fln et une composante de facteur de quantification de chrominance fCnt ces composantes vérifiant la relation
f n = fln + fx avec les valeurs de fn, fcn et fln, valeurs entières comprises dans la plage [0,175] précitée. La valeur fx peut être une valeur entière constante, comprise entre 0 et 25, la valeur 20 ayant été retenue pour l'obtention des courbes représentées sur les figures 3a à 3k.

Ainsi, on constate que la valeur b de la combinaison linéaire du facteur de quantification fn est sensiblement constante et qu'elle peut être considérée comme telle sur un nombre de trames très important, et notamment sur deux trames successives.

Compte tenu des constatations expérimentales relativement aux paramètres a et b précités, on indique que ceux-ci peuvent être considérés constants, sensiblement.

Toutefois, on indique que cette hypothèse n'est plus vérifiée lors d'un changement de plan d'image au cours d'une prise de vues télévisée. Dans un tel cas, selon un aspect avantageux du procédé de régulation de débit de codage, objet de la présente invention, les paramètres tels que b de la combinaison linéaire précitée peuvent si nécessaire être ajustés périodiquement en fonction du rang d'un groupe d'au moins une trame.

Le processus de codage utilisé, conformément à la norme ETS 300 174 précitée, utilise la mémoire M ou tampon à l'émission, ainsi qu'une mémoire analogue à la réception et un module de régulation de débit.

Le rôle de la mémoire M à l'émission est de lisser les variations locales de débit bloc par bloc. On rappelle qu'un bloc de coefficients est constitué par un nombre déterminé de coefficients TCD par exemple. La variabilité du débit de chaque trame constituée d'un nombre déterminé de blocs, est liée au mode opératoire retenu pour les opérations de quantification et de codage, notamment de codage à longueur variable. La régulation de débit a pour fonction de calculer le pas de quantification en fonction de l'évolution de l'occupation de la mémoire M au niveau du codeur, c'està-dire à l'émission, de façon que, globalement, la moyenne du débit entrant dans le tampon soit égale au débit de transmission do supposé constant, en évitant en particulier le vidage ou le débordement de la mémoire M.Les performances des processus de codage-décodage d'images ou codecs, sont fortement liés à la régulation, laquelle doit permettre d'assurer la meilleure qualité subjective des images observées par un utilisateur en exploitant au maximum la capacité maximale de la mémoire M.

Bien entendu, on indique que les lois de variation approximées du débit en fonction du pas de quantification ou du facteur de quantification, telles que données par les relations (1) et (8) précitées, peuvent avantageusement servir de base à la définition de différentes variantes du procédé de régulation du débit de codage d'un signal de télévision numérique, objet de l'invention, ce procédé de codage satisfaisant aux dispositions de la norme ETS 300 174 et de la recommandation 723 du CCIR ou d'une extension de ces textes normatifs, étudié notamment dans le cadre du projet européen RACE Flash TV.

Une première variante de réalisation de mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, sera maintenant décrite dans une application concernant une transmission à débit sensiblement constant et une régulation de débit effectuée trame par trame, en liaison avec les figures 4a à 4d.

D'une manière générale, on indique que ce type d'application où le rafraîchissement en mode intra-trame est effectué partiellement sur chacune des trames, comme indiqué sur la figure 4a, est plutôt réservé à des débits en ligne supérieurs à 17 Mbits/s pour la télévision conventionnelle ou à 70 Mbits/s pour la TVHD.Ainsi que représenté en figure 4a, les images, images de rang k, k+l..k+p, sont constituées par deux trames, lesquelles, normalement entrelacées, sont, au niveau du codeur, tel que représenté en figure 1, soumises à un processus de désentrelacement pour former une suite de trames successives, notées T à Tn+. et T+1.1
Dans un tel processus de transmission à débit constant, deux trames successives, de rang n, n+l, constitutives par exemple d'une image de rang k, sont soumises à un processus dit de rafraîchissement R consistant en un codage intra-trame sur un nombre déterminé de lignes constitutives de chaque trame. On indique que, pour deux trames paire et impaire constitutives d'une image de rang k déterminé, le processus de rafraîchissement est réalisé sur un meme nombre de lignes positionnées en une même adresse dans la trame considérée. Toutefois, le processus de rafraîchissement R est décalé sur chaque image suivante de rang k+l à k+p d'une valeur déterminée permettant un recouvrement des lignes soumises à un rafraîchissement, ainsi que représenté en figure 4a. Bien entendu, le nombre de lignes soumises à rafraîchissement au niveau de deux trames successives est identique d'une image à l'image suivante, ce qui permet de conserver un débit sensiblement constant pour l'ensemble des images et finalement, pour l'ensemble des trames de rang n considérées.Par constance du débit d'une trame à une trame suivante, on indique que le débit, dans des conditions normales d'utilisation du processus de codage, n'excède pas des variations de l'ordre de 20 à 30% d'un débit nominal.

Dans le cadre de la transmission à débit sensiblement constant précédemment mentionnée, telle que représentée en figure 4a, et conformément à un aspect avantageux du procédé du régulation de débit de codage objet de la présente invention, pour un débit de codage en ligne de valeur sensiblement constante prise égale par exemple à la valeur do mentionnée précédemment dans la description sur une succession de trames, et pour une variation de remplissage AM de l'espace mémoire pour la trame courante vérifiant la relation précédemment mentionnée dans la description, l'incrément du facteur de quantification df, pour assurer une contrainte d'asservissement relative au remplissage de l'espace mémoire M vérifie la relation
df = 1/b LogCl+hM/(d,.nbpts) 1 - 1/b Logtdc/dO] (9).

Dans cette relation, on rappelle que ltexpression df vérifie la relation
df = dfo + corr (10) avec
dfo = 1/b Log(l+AM/Q.nbpts))
corr = -l/b Logld,/d,.

La valeur dfo représente l'incrément du facteur de quantification pour un débit cible dc de la trame courante égal au débit de codage en ligne Q.

L'expression de l'incrément du facteur de quantification df précédemment mentionné en relation (9) permet une régulation de débit dans deux applications spécifiques dans le cas d'une transmission à débit sensiblement constant, avec un rafraîchissement intra-trame effectué partiellement sur chacune des trames, tel que représenté en figure 4a.

Le principe de cette première application consiste à déterminer pour chaque trame Tn à coder, un débit objectif de codage, dit débit cible, noté dc, et à estimer à partir de la loi de variation du pas de quantification ou respectivement du facteur de quantification en fonction du débit de codage, le facteur de quantification ou le pas de quantification à utiliser pour que le débit de codage de la trame considérée Tn soit le plus proche possible du débit objectif.

Dans la première application, on peut, à titre d'exemple non limitatif, ainsi que représenté en figure 4b, choisir un débit cible dc égal au débit en ligne do pour toutes les trames.

Dans un tel cas, la relation (9) précitée se réduit au premier terme du deuxième membre de l'égalité, soit
df = l/b Log(l+/(Q.nbpts)]
L'incrément du facteur de quantification df peut ainsi être déduit de la variation d'occupation de la mémoire
M, notée AM, observée au cours de la trame courante Tn Sur la figure 4b, on a représenté pour chaque trame successive de rang n la valeur du débit correspondant dn égal au débit cible oscillant sensiblement autour de la valeur do correspondant à la valeur de débit en ligne. En régime permanent, la valeur réelle du débit dfl oscille donc autour de la valeur do précitée.

Un tel mode opératoire, bien que permettant la régulation du débit, ne tient aucunement compte de l'état d'occupation de la mémoire M et tout risque de débordement ou de vidage de la mémoire M précitée, en l'absence de contrainte de contrôle de l'état d'occupation de celle-ci, ne peut donc être évité.

Dans une deuxième application telle que représentée en figure 4c, conformément à une variante de mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage d' un signal numérique de télévision, il est avantageux d'introduire un terme de correction, le terme noté corr, afin de forcer la valeur de remplissage ou de taux d'occupation de la mémoire
M à converger vers une valeur donnée, notée MO. Cette valeur MO peut, à titre d'exemple non limitatif, être constituée par l'occupation à moitié de la capacité mémoire de la mémoire M pour le débit do considéré.Dans ce cas, conformément à une autre variante de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention, il est possible de faire intervenir le remplissage de la mémoire M au début du codage de la trame courante Tn de rang n considéré, ce remplissage ou valeur d'occupation de la mémoire M étant désigné par la référence Mn.

L'établissement de la valeur du débit cible dc peut alors être obtenu selon la relation (11) ci-après corr = -l/b Log(Q/Qi = -l/b Log(l+(MO-M)/(nbpts.Q)j
Dans la relation (11) précitée, on indique que le paramètre # est un facteur de convergence de la valeur d'occupation de la mémoire M vers la valeur MO prédéfinie, ce facteur de convergence prédéterminé étant inférieur à 1.

Le facteur de convergence # est défini par la relation
(dc-do).nbpts = .(MO-M).

On comprend ainsi que, pour une répétition successive sur une pluralité de trames, le facteur de convergence # étant inférieur à 1, le débit cible tend vers la valeur du débit en ligne do alors que l'occupation de la mémoire pour la trame n considérée tend vers l'occupation imposée, la valeur MO. Sur la figure 4c, on a représenté la variation du paramètre d'occupation de la mémoire M en fonction du rang des trames successives Tn pour la valeur de consigne d'occupation MO. On comprend que, de manière semblable au cas de la figure 4b, en l'absence de perturbation dans la séquence d'images traitée ou codée, la valeur du paramètre d'occupation oscille sensiblement autour de la valeur de consigne d'occupation MO. Par perturbation, on entend le traitement de séquence d'image et de trame, d'activité de mouvement sensiblement constante, c'est-à-dire sans changement de plan de prise de vues important. Au contraire, lorsqu'un changement de prise de vues intervient, ce changement étant noté CP sur la figure 4c, une transition importante de la valeur du paramètre d'occupation mémoire intervient, cette transition étant notée CP pour le changement de plan, et en raison des contraintes imposées sur le débit et sur le paramètre d'occupation de la mémoire tel que formulé par la relation (11), suite à cette transition CP, le paramètre d'occupation mémoire converge à nouveau vers la valeur Mi de consigne.

Les deux applications précédemment mentionnées dans la description en liaison avec les figures 4a, 4b et 4c, peuvent faire l'objet d'une variante particulièrement intéressante, laquelle sera explicitée en liaison avec la figure 4d.

Préalablement dans la description, il a été indiqué que les paramètres a et b, ou le cas échéant les paramètres a et l/m, étaient sensiblement constants sur une pluralité de trames successives. Compte tenu des courbes représentées en figures 3a à 3k, une telle hypothèse apparaît parfaitement légitime. Compte tenu des valeurs expérimentales précédemment mentionnées dans la description, on peut par exemple admettre de prendre pour valeur pour b, la valeur 0.04 pour toutes les trames successives d'une transmission à débit sensiblement constant telle que représenté en figure 4a. Toutefois, en lieu et place d'une utilisation de la valeur moyenne précitée pour le paramètre b, il peut être avantageux de déterminer de manière adaptative une valeur correspondante pour chaque trame Tn considérée à utiliser, et pour chaque trame suivante d'indice n+l.

D'une manière générale, on indique que la valeur b de la combinaison linéaire du facteur de quantification fn pour ra trame Tn de rang n considéré peut alors être avantageusement ajustée pour chaque trame suivante, de manière adaptative, à une valeur bnal, la valeur bn.l étant estimée par la valeur de la pente de la combinaison linéaire du facteur de quantification par la relation
bn+1 = ELog(dn+i)LO(dn)J / (fn+1-fn].

Dans cette relation, on rappelle que fnvl, fn représentent les valeurs des facteurs de quantification pour les trames suivante de rang n+l respectivement courante de rang n pour les facteurs de luminance flnvl, fln et fcn+1, fcn pour les trames suivante n+l et courante n considérées.

I1 est en outre possible de lisser les valeurs des pas de quantification obtenus par la régulation de débit afin d'obtenir des variations plus douces de la qualité d'image en adoptant comme facteur de quantification, pour la trame de rang n+l, une combinaison linéaire de la valeur utilisée, pour la trame courante de rang n, et de la valeur du pas de quantification ou du facteur de quantification fndf obtenu au moyen de la relation (9) précédemment citée, cette combinaison linéaire vérifiant par exemple la relation
fn+1 = (l-x).fn + x(fn+df) = fn+x.df (12).

Dans cette dernière relation, on indique que le paramètre x est un paramètre compris entre 0 et 1, l'effet de cette combinaison linéaire étant de permettre l'utilisation de l'approximation de la loi de variation du facteur de correction corr avec une pente l/b de valeur absolue plus faible.

Le procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, précédemment décrit, est essentiellement applicable lorsque le rafraîchissement en mode intra-trame est réparti sur l'ensemble des images et sur chaque trame successive, ainsi que représenté en figure 4a.

Un tel mode de rafraichissement n'est toutefois pas satisfaisant pour des débits de codage sensiblement inférieurs à 15 Mbits/s pour le signal vidéo, pour les raisons ci-après
- perte d'efficacité de codage car la position des rangées rafraîchies doit être telle que celles-ci doivent se recouvrir entre deux images successives pour garantir un blocage de la propagation des erreurs de transmission dans tous les cas de figures possibles pour les vecteurs de compensation de mouvement
- création d'un artefact gênant se manifestant par un défilement sur l'image d'une dégradation due au codage en mode intra-trame, lequel présente des caractéristiques differentes de celles obtenues en mode inter-trame.

Ainsi, pour des débits inférieurs à 15 Mbits/s, il est préférable, afin de supprimer les inconvénients précités, d'effectuer le rafraîchissement en mode intra-trame sur une trame complète toutes les N trames successivement. D'une manière typique, N peut être un entier compris entre 12 et 50.

Afin d'obtenir une qualité d'image satisfaisante, il est toutefois alors nécessaire d'allouer un débit de codage plus important à la trame rafraîchie en mode intra-trame afin de garantir à celle-ci un niveau de qualité équivalent à celle des images et donc des trames codées en mode hybride. Pour un facteur de quantification équivalent, la pointe de débit pour une trame codée en mode intra-trame, et donc soumise au rafraîchissement, peut être de l'ordre de quatre fois le débit moyen des trames codées en mode hybride.

Sur la figure 5a, on a représenté une succession de trames, l'indice des trames étant noté de 1 à N afin de montrer la périodicité du rafraîchissement par codage intratrame, chaque trame soumise au rafraîchissement portant l'indice T1, et chaque trame constitutive d'une séquence de trame antérieure à la nouvelle trame rafraîchie portant l'indice N afin de simplifier la notation. Une séquence de trames soumises au processus de rafraîchissement est constituée par des trames successives Tn avec n E El,Ni.

La trame qui suit la trame rafraîchie T1 en mode intra-trame, en l'occurrence la trame T2, ne peut, pour des raisons de contrainte de codage, utiliser que le mode intratrame et le mode inter-trame. Elle présente généralement un débit supérieur, pour une qualité équivalente, aux trames codées avec toutes les possibilités de modes de codage, c'est-à-dire mode de codage intra-trame, inter-trame, et inter-image. Ces trames, dans une séquence de trames T1 à T1, étant constituées par les trames ultérieures T3 à T,.

Une régulation du débit de codage efficace doit donc permettre de maintenir une qualité subjective de l'image sensiblement constante et doit en conséquence permettre d'allouer plus de débit de codage à la trame rafraîchie, la trame T1 en mode intra-trame et à la trame adjacente à cette trame rafraîchie, la trame T2, le pas de quantification étant maintenu sensiblement constant pour ces deux trames, ainsi que sur la trame suivante, la trame T3 telle que représentée sur la figure 5a. Ce mode opératoire permet d'optimiser le débit de codage tout en conservant une qualité d'image sensiblement constante pour les trames T1 à
T3 considérées.

On comprend bien sûr que le pas de quantification appliqué aux trames précitées T1, T2, T3, ce pas étant noté ql et étant sensiblement constant pour les trois trames précitées, le débit évolue librement dans les limites de contrainte imposées sur le niveau d'occupation de la mémoire M.

On comprend bien sûr que le maintien de la valeur constante du pas de quantification à la valeur ql peut être effectué, soit selon le mode opératoire de la figure 2a dans lequel la valeur du pas de quantification q1 est directement fixée par la loi de variation approximée, soit par l'intermédiaire du facteur de quantification f1 en raison de la correspondante bi-univoque entre le pas de quantification q1 et le facteur de quantification f1 selon la relation (7).

Ultérieurement aux trois premières trames de la séquence de N trames telle que représentée en figure 5a, le procédé de régulation de débit, objet de la présente invention, dans ce mode de réalisation, consiste ensuite à réguler le débit de codage conformément au mode opératoire tel que représenté en figure 2a ou 2b ainsi que décrit précédemment dans la description, cette régulation intervenant sur les trames T4 à TN ultérieurement à la trame dite suivante, la trame T3. Cette régulation peut, bien entendu, être effectuée, ainsi que représenté en figure 5b, de façon à provoquer un vidage progressif de la mémoire M à une valeur d'occupation minimale, notée Min, préalablement à la trame de rang n+1, c'est-à-dire la nouvelle trame T1 soumise à rafraîchissement par codage intra-trame de la séquence d'image et donc de trame suivante.

On comprend ainsi que sur les trames ultérieures T4 à T, le processus de régulation de débit de codage peut être repris selon les modes opératoires tels que représentés en figure 2a ou 2b avec un fonctionnement normal du système de codage avec tous les modes de codage, intra-trame, intertrame et inter-image.

Bien entendu, le vidage progressif de la mémoire M permet d'atteindre un faible remplissage à la valeur Min de la mémoire précitée au moment ou le rafraîchissement en mode intra-trame, pour la trame de rang N+1 constituant la nouvelle trame T1 soumise au rafraîchissement complet, de façon à pouvoir ainsi absorber la pointe de débit due à ce rafraîchissement pour la trame considérée ainsi que sur la trame adjacente à celle-ci et sur la trame suivant cette trame adjacente, les trames T2 et T3.

L'étape consistant à bloquer la valeur du pas de quantification à la valeur ql sur les trois premières trames implique bien entendu que dans le cas où la mémoire M est proche du débordement, des mesures d'urgence de contrôle soient prises conformément à un processus qui sera décrit ci-après dans la description. Cette étape implique toutefois que la taille de la mémoire M soit suffisante pour absorber les pointes de débit. Une taille mémoire de 1,5 Mbits telle que définie par la norme ETS 300 174, correspondant à des débits en ligne de l'ordre de 9 Mbits/s à l'équivalent de neuf trames codées en moyenne, s 'est avérée suffisante dans le cas des séquences d'images de référence testées au cours des expérimentations précitées pour absorber les pointes de débit dues au rafraîchissement intra-trame tel que représenté en figure 5a.

La condition relative au vidage progressif de la mémoire M tel que représenté en figure 5b impose en fait d'imposer un contrôle du débit en fonction du rang de chaque trame dans la séquence de N trames considérée.

Pour un niveau de remplissage MO de la mémoire M à atteindre avant l'occurrence de la trame T+1, soit la trame
T1 soumise au rafraîchissement intra-trame, ce niveau de remplissage objectif MO pouvant être très voisin de la valeur Min représentée en figure 5b, le débit cible dc imposé, après le codage de la trame de rang n, avec 3 < n < N, peut être choisi de façon à assurer que la mémoire M atteigne le niveau MO précité après le codage des N-n trames restantes avec ce débit cible, lequel vérifie la relation :
Mo-Mn = (N-n).(dc-do).nbpts.

Dans la relation précitée, on indique que Mn désigne le niveau d'occupation de la mémoire M après le codage de la trame n de rang précité, dc désigne le débit cible objectif de codage pour la trame suivante de rang n+l, ce débit cible exprimé en bits/point étant réactualisé après chaque trame.

Le débit cible choisi dc précité vérifie alors la relation
dc = QLl+(MO-) / ((N-n).nbpts.Q)J.

Lorsque la régulation du débit par l'intermédiaire de la régulation du pas ou du facteur de quantification est reprise au-delà de la trame T3, n > 3, cette régulation peut, ainsi que mentionné précédemment, de manière non limitative, etre effectuée par exemple sur le facteur de quantification par incrémentation de df sur chaque trame de rang n successif.

Compte tenu des relations précédentes et de l'expression de l'incrément du pas de quantification selon la relation (8), le débit cible précité peut alors s'écrire selon la relation
df = -l/b Log(d0/dn)-l/b Log(dc/dO) (13).

L'expression de l'incrément du facteur de quantification df peut alors être exprimé sous la forme
df = dfo + corr (14) avec dfo = -1/b Log(dO/dn) = 1/b Log(1+AM/(Q.nbpts)j corr= -1/b Log(dc/do) = -1/b Log[1+(Mo-Mn)/(((N-n).nbpts.do)].

Dans la relation précédente, on indique que dfo représente l'incrément correspondant à un débit cible de codage de la trame de rang n égal à Q, le terme corr représentant la correction à appliquer pour assurer la convergence de la valeur d'occupation de la mémoire M à la valeur MO. Dans l'expression corr précitée, un facteur de convergence A peut être mis en évidence, ce facteur de convergence de l'occupation de la mémoire M dépendant de la position de la trame Tn par rapport au rafraîchissement suivant en mode intra-trame et vérifiant la relation X = 1 / (N-n) (15).

En ce qui concerne la mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision, objet de la présente invention, on indique que les processus de régulation précédemment mentionnés utilisent le calcul de valeurs logarithmiques. Dans un mode de réalisation spécifique, on indique que ces valeurs peuvent être précalculées et stockées dans une table de consultation par exemple.

Dans un mode de réalisation spécifique, pour une mémoire M de 1,5 Mbits, un nombre de 1536 valeurs de variation d'occupation de cette mémoire M a été retenu, ces valeurs précalculées ayant été stockées dans une table de consultation.

Dans le cas où le rafraîchissement en mode intertrame est réparti sur l'ensemble des trames, ainsi que mentionné précédemment dans la description, et où en conséquence le facteur X de convergence de la mémoire M est également fixe, il est possible de calculer toutes les valeurs possibles que peut prendre le facteur de correction corr, ces valeurs pouvant être stockées en mémoire.

Dans un tel cas, la régulation du débit de codage se réduit alors à une suite d'opérations simples
- détermination de la valeur du remplissage ou occupation de la mémoire M et de la variation AM de M au cours de la trame courante T, ;
- quantification des valeurs précitées ;
- lecture dans une table de consultation des valeurs d'incrément dfo et du facteur de correction corr, et addition des deux termes pour obtenir l'incrément df à partir de la relation (14) précédemment mentionnée dans la description.

Dans le cas où, au contraire, dans le deuxième mode de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention, ainsi que représenté en figure 5a où le rafraîchissement est effectué périodiquement sur N trames successives, le facteur de convergence X étant lié à la position de la trame à coder Tn par rapport au prochain rafraîchissement, le terme correctif peut être exprimé selon la relation (14) précitée.

Ce terme correctif doit être calculé à la fin de chaque trame Tn Le calcul de l'expression logarithmique correspondante peut alors être évité, soit par précalcul de toutes les valeurs possibles de ce facteur de correction, soit en considérant que le débit cible dc est voisin du débit en ligne Q, l'argument du logarithme étant voisin de 1. A titre d'exemple non limitatif, on indique que la valeur Mow voisine de valeur Min, peut être prise égale à
MO = 0,13 Max et
Min = 0.10 Max,
Max désignant la capacité mémoire maximale de la mémoire M.

Les processus de régulation précédemment décrits, tant dans le cas d'un rafraîchissement systématique sur chaque trame que dans le cas d'un rafraîchissement périodique d'une trame sur N trames successives, mettent en oeuvre un calcul à la fin de chaque trame T n, une valeur du pas de quantification qnvl ou du facteur de quantification fn.l correspondant, qui sera utilisé pour l'ensemble de la trame suivante Tnol
Afin de s'affranchir du risque de débordement de la mémoire M ou de son vidage total, il est également avantageux, conformément à un aspect du procédé de régulation de débit de codage, objet de la présente invention, de vérifier l'état d'occupation de la mémoire M après un nombre déterminé de rangées de coefficients de chaque trame et, le cas échéant, de réactualiser le pas de quantification ou le facteur de quantification en cas de menace d'assèchement ou de débordement, grâce à l'introduction de régulations intermédiaires.

Les régulations intermédiaires précitées peuvent être mises en oeuvre par exemple, ainsi que représenté en figure 5c, lorsque l'un des critères suivants est vérifié
- niveau d'occupation de la mémoire M inférieur à une valeur de seuil s.n, en vue de la prévention de l'assèchement,
- niveau d'occupation de la mémoire M supérieur à une valeur de seuil S=, en vue de la prévention du débordement,
- contrôle de la variation de remplissage de la mémoire M, c'est-à-dire du paramètre AM, depuis le début de la trame courante Tn en vue de la détection d'un changement de plan par comparaison de cette valeur de variation AM à une valeur de seuil déterminée.

Dans tous les cas précités, il est par exemple avantageux d'utiliser l'expression de l'incrément du facteur de quantification vérifiant la relation
df = l/b Log(1+M/(nbrg.nb.Q)j + corr (17).

Dans cette relation, le paramètre nbrg désigne le nombre rangées de blocs traitées depuis la dernière régulation de débit, et nb désigne le nombre de points dans chaque rangée de bloc.

Enfin, outre les régulations intermédiaires précitées, on indique que des mesures d'urgence peuvent être introduites afin de prévenir le cas où le niveau de remplissage de la mémoire M atteint des valeurs extremes, soit au niveau d'une régulation régulière en fin de chaque trame T n, soit au niveau d'une régulation intermédiaire en fin de rangée, une rangée étant constituée par un nombre déterminé de lignes de coefficients TCD constitutives de chaque trame.

Dans un tel cas, il est alors utile d'utiliser un processus différent pour l'évaluation du pas de quantification qn ou du facteur de quantification, afin de permettre la réaction la plus énergique possible.

Si le niveau d'occupation de la mémoire M devient inférieur à un seuil d'alarme, SAinf inférieur à la valeur de seuil S,in précitée, alors, on impose systématiquement le facteur de quantification fn = O, par exemple pour le signal de luminance.

Si au contraire, le niveau d'occupation de la mémoire M devient supérieur à une valeur de seuil d'alarme, SA supérieur à la valeur S, précédemment mentionnée en liaison avec la figure 5c pour les régulations intermédiaires, alors, on impose une valeur du facteur de quantification fl = 175, facteur de quantification maximal pour les signaux de luminance.

Ces dernières valeurs, imposées, permettent de ramener l'état d'occupation de la mémoire M à une situation contrôlée correspondant à un état d'occupation compris entre les valeurs de régulations intermédiaires précitées.

Enfin, dans le cas de mise en oeuvre du procédé de régulation du débit de codage objet de la présente invention, lorsque le rafraîchissement est effectué sur une trame entière parmi N, des conditions de suppression du blocage du facteur de quantification ou du pas de quantification à la valeur ql ou f1 correspondante sur les trois premières trames
T1, T2, T3, peuvent être établies dans les conditions ci après
Une vérification de l'état d'occupation de la mémoire M peut être effectuée à la fin de chaque rangée de blocs de coefficient TCD et à la fin de chaque trame T
Si l'un des critères ci-après est vérifié
- niveau d'occupation de la mémoire M inférieur au seuil S,,,
- niveau d'occupation de la mémoire M supérieur à un seuil S ;;
et, optionnellement
- variation SM de l'état d'occupation de la mémoire
M supérieure à une valeur de seuil Au,=, le blocage du facteur de quantification f1 ou du pas de quantification ql est supprimé sur les trois trames T1, T2,
T3 précitées, et, bien entendu, le mécanisme normal de régulation du débit est immédiatement remis en service.

A titre d'exemple non limitatif, les valeurs ciaprès de seuil de mise en service des régulations intermédiaires ou de mesures d'urgence peuvent être retenues
- SAtDf = 0,08 Max
- Sn = 0,10 Max
- Sua = 0,80 Max
- SA.Up = 0,91 Max
- AM- = 0,52 Max, relations dans lesquelles Max désigne la taille de la mémoire M, soit 1,5 Mbits dans les essais effectués confor mément aux dispositions de la norme 300 174.

On a ainsi décrit un procédé de régulation du débit de codage d'un signal numérique de télévision particulièrement performant dans la mesure où ce procédé, applicable non seulement au cas où un rafraîchissement est effectué systématiquement sur chaque trame constitutive d'une séquence d'images, mais également dans le cas où, pour des débits plus faibles, le rafraîchissement est effectué sur une trame entière parmi N, un tel procédé est en fait applicable à tout système de codage d'images de télévision numérique à base de transformée fréquentielle de type TCD ou autre et de compensation de mouvement satisfaisant aux dispositions de la norme ETS 300 174 et de la recommandation 723 du CCIR et aux extensions possibles de cette norme à des débits inférieurs à 34 Mbits/s ou aux signaux de TVHD. Il peut également être utilisé dans le cas plus général de codage à base de TCD et de prédiction temporelle compensée en mouvement dans lequel le pas de quantification qn n'est pas lié au facteur de quantification.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de régulation du débit de codage, par prédiction temporelle et compensation de mouvement, d'un signal numérique de télévision, constitué par une succession de trames de coefficients obtenus par transformation fréquentielle et représentatifs de valeurs de luminance et de chrominance de pixels d'image, ces coefficients étant soumis à un processus de quantification, suivi d'un codage à longueur variable puis d'une mémorisation dans un espace mémoire de capacité déterminée, avant transmission, caractérisé en ce que ledit procédé consiste, pour chaque trame courante de rang n, et suivante, de rang n+l, chacune de ces trames étant soumise, en fonction de son rang, audit processus de quantification avec un pas de quantification q,, qnl permettant d'engendrer, après codage, un débit de codage correspondant dn pour la trame courante considérée,

- à approximer la loi de variation du logarithme du débit de codage dnt pour au moins une plage de valeurs de débit déterminée, en fonction du logarithme du pas de quantification, à une combinaison linéaire du logarithme du pas de quantification de la forme

Log(dn) = a - l/m Log(q,) où a et m représentent des valeurs expérimentales déterminées, sensiblement constantes sur la durée desdites trames courante et suivante

- à adapter le pas de quantification qn appliqué à la trame courante à une valeur qnvl, avec qnfl = r.qn où r représente un coefficient d'adaptation du pas de quantification, pour établir un pas de quantification qn.l appliqué à la trame suivante et obtenir un débit de cible d, après quantification et codage, ledit coefficient d'adaptation r vérifiant la relation

r = (dn/dc) ce qui permet de réguler la valeur du débit de codage dn+î de ladite trame suivante à ladite valeur de débit cible dc, successivement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour un pas de quantification qn de chaque trame courante de la forme q = 2fin/16 où fn désigne un facteur de quantification appliqué auxdits coefficients de ladite trame courante, ledit procédé consiste

- à approximer la loi de variation du logarithme du débit de codage, pour au moins une plage de valeurs de débit déterminé, en fonction du facteur de quantification, à une combinaison linéaire dudit facteur de quantification, de la forme

Log(dn) = a-b.f, où b représente une valeur expérimentale déterminée, sensiblement constante sur la durée desdites trames courante et suivante

- à incrémenter le facteur de quantification fn appliqué à la trame courante d'une valeur df pour établir un facteur de quantification fnl appliqué à la trame suivante, pour obtenir un débit cible dc, après quantification et codage, l'incrément de valeur du facteur de quantification df vérifiant la relation

df = - 1 Log (dc/dn)

b ce qui permet de réguler la valeur du débit de codage de ladite trame suivante à ladite valeur de débit cible dc successivement.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour un débit de codage en ligne de valeur sensiblement constante Q, sur une succession de trames, et pour une variation de remplissage AM dudit espace mémoire pour ladite trame courante vérifiant la relation

AM = (d-d, ). nbpts où nbpts désigne le nombre de points image par trame, l'incrément du facteur de quantification df, pour assurer une contrainte d'asservissement relative au remplissage dudit espace mémoire vérifie la relation df = l/b Log (1 + AM/(do.nbpts)] - 1/b Log (dc/do] relation dans laquelle dfo = l/b Log [1 + AM/(Q.nbpts)i représente 1'incrément dudit facteur de quantification pour un débit cible de de ladite trame courante égal au débit de codage en ligne Q.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit facteur de quantification fn de la trame courante est constitué par deux composantes, une composante de facteur de quantification de luminance f1n et une composante de facteur de quantification de chrominance fcn, lesdites composantes vérifiant la relation

fin = fln + fx avec fin et fln entiers E [0,175], fx étant une valeur entière constante comprise entre 0 et 25.

5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la valeur b de ladite combinaison linéaire du facteur de quantification fn est sensiblement constante.

6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les valeurs a et/ou b de ladite combinaison linéaire du facteur de quantification fn sont ajustées périodiquement en fonction du rang d'un groupe d'au moins une trame.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite valeur b de ladite combinaison linéaire du facteur de quantification fn est ajustée pour chaque trame suivante de manière adaptative, la valeur bn+1 pour la trame suivante de rang n+l étant estimée par la valeur de la pente de ladite combinaison linéaire dudit facteur de quantification et vérifie la relation : bn+1 = - tLOg(dnl) - (Log(Q)J / (f+1 - fnl où dn+i et dn représentent les débits de codage pour la trame suivante et la trame courante respectivement, fn+1 et f n représentent la valeur du facteur de quantification appliqué à la trame suivante et la trame courante respectivement.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le cas d'un codage d'image appliqué à une séquence de trames, dans lequel un rafrai- chissement intra-trame périodique des coefficients constitutifs des trames est effectué, à raison d'un rafraîchissement en mode intra-trame d'une trame sur N trames successives, ledit procédé consiste

-- à maintenir le pas de quantification sensiblement constant appliqué à la trame courante sur laquelle le rafraîchissement en mode intra-trame est effectué, à la trame adjacente à la trame courante et à la trame suivante, ce qui permet d'optimiser le débit de codage tout en conservant une qualité d'image sensiblement constante, pour les trames considérées ; ;

- à réguler le débit de codage selon l'une des revendications précédentes, ultérieurement à la trame suivante, pour provoquer un vidage progressif de la mémoire à une valeur d'occupation minimale, préalablement à la trame de rang N+1 soumise au rafraîchissement intra-trame.