FR2561053A1

FR2561053A1 - Systeme et procede pour le traitement de signaux video

Info

Publication number: FR2561053A1
Application number: FR8503199A
Authority: FR
Inventors: Paul Roderick Noel Kellar; Robin Alexander Cawley; Neil Roy Hinson
Original assignee: Quantel Ltd
Current assignee: Quantel Ltd
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1985-03-05
Publication date: 1985-09-13
Anticipated expiration: 2005-03-05
Also published as: GB2155729A; GB2155729B; GB8405947D0; JPS60223386A; DE3507948A1; GB8503738D0; DE3507948C2; FR2561053B1; JPH0732468B2; US4774583A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE TRAITEMENT DE SIGNAUX VIDEO. LE SYSTEME COMPORTE UNE PLURALITE D'ETAGES DE TRAITEMENT P QUI PEUVENT CHACUN FOURNIR UNE SEQUENCE DE SIGNAUX VIDEO NUMERIQUES V ET DES SIGNAUX DE PRIORITE ASSOCIES P RELATIFS A UNE IMAGE RESPECTIVE, UN SELECTEUR S ASSOCIE A CHAQUE ETAGE P POUR EMETTRE VERS LE SELECTEUR SUIVANT UNE PLURALITE DE SEQUENCES DE SIGNAUX VIDEO NUMERIQUES ET DE SIGNAUX DE PRIORITE DELIVRES PAR L'ETAGE ET CEUX QUI SONT TRANSMIS PAR LE SELECTEUR PRECEDENT, LA SELECTION DES SIGNAUX VIDEO DANS LA SEQUENCE DEPENDANT DES SIGNAUX DE PRIORITE DANS LE GROUPE, ET DES MOYENS C POUR COMBINER LES SIGNAUX VIDEO TRANSMIS AU DERNIER SELECTEUR POUR PRODUIRE UNE SEQUENCE DE SIGNAUX VIDEO DE SORTIE.

Description

L'invention est relative aux systèmes de traitement

de signaux vidéo, en particulier aux systèmes dans les-

quels le traitement est effectué sur des signaux vidéo numériques. Pour la transmission d'images de télévision et dans d'autres cas, on utilise très largement des dispositifs de traitement de signaux vidéo numériques pour produire des effets spéciaux dans les images qui sont obtenues à

partir des signaux traités. Ces dispositifs sont par exem-

ple les machines numériques de production d'effets telles que DPE 5000, les systèmes de bibliothèque numérique tels que DLS 6000, ou les systèmes de production vidéo tels

que DPB 7000, ces systèmes étant fabriqués et commerciali-

sés par la déposante.

Le but de l'invention est de fournir un système de traitement de signaux vidéo dans lequel les signaux de

sortie d'un certain nombre de dispositifs vidéo numéri-

ques, dont chacun peut engendrer une séquence indépendan-

te de signaux vidéo numériques représentant une imagepeu-

vent être combinés de telle manière qu'ils fournissent un signal de sortie vidéo dans lequel l'image produite en

des points o plusieurs objets des images d'entrée se che-

vauchent est telle qu'ils semblent être à des distances

différentes de la scène.

Selon la présente invention, le système de traite-

ment de signaux vidéo comporte une pluralité d'étages de

traitement dont chacun est susceptible de fournir une sé-

quence de signaux vidéo numériques et des signaux de prio-

rité associés relatifs à une image respective, un sélec-

teur pour chaque étage, agencé pour transmettre au sélec-

teur suivant une pluralité de séquences de signaux vidéo numériques et de signaux de priorité sélectionnés dans le groupe qui comporte les signaux vidéo et les signaux de priorité délivrés par l'étage et ceux qui sont émis par le sélecteur précédent, la sélection des signaux vidéo dans la séquence dépendant des signaux de priorité du groupe, et des moyens pour combiner les signaux vidéo transmis au dernier sélecteur pour produire une séquence

de signaux vidéo de sortie.

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Le sélecteur initial comporte des moyens pour déli-

vrer des signaux video et de priorité de référence, en

lieu et place des signaux vidéo et de priorité qui, autre-

ment, seraient transmis par un sélecteur précédent; de plus, de préférence, une séquence de signaux de manipula- tion, substitution ou mélange est prévue en association

avec les séquences des signaux vidéo délivrés à chaque éta-

ge, chaque sélecteur étant agencé pour transmettre au sé-

lecteur suivant les signaux de manipulation associés aux

signaux video de priorité la plus élevée. Le signal de ma-

nipulation est de preférence tel que, quand la combinaison des signaux vidéo se produit, une manipulation linéaire est

obtenue, de sorte qu'un objet image est amené à en chevau-

cher de façon nette un autre de priorité inférieure en en-

gendrant une zone sur le bord de l'objet supérieur ou avant

dans laquelle les signaux de sortie sont produits par mé-

lange des signaux vidéo représentant les deux images qui

sont concernées dans des proportions déterminées par le si-

gnal de manipulation. L'utilisation de signaux de manipula-

tion est décrite dans la demande de brevet britannique

n 8300378 de la déposante, à laquelle on pourra se référer.

L'image qui est engendrée par l'utilisation des signaux de manipulation correspond beaucoup plus fidèlement au monde réel que ceux qui sont produits par commutation de sources

entre des points images.

On comprendra bien l'invention à la lecture de la

description qui va suivre et en référence aux dessins anne-

xés dans lesquels:

Fig. 1 montre schématiquement une unité d'un systè-

me selon un mode de réalisation de l'invention, cette uni-

té comportant un étage de traitement, un sélecteur et un combinateur; Fig. 2 montre plusieurs unités telles que celle de la Figure 1 qui sont reliées pour constituer un système propre à produire une image composite; Fig. 3 montre plus en détail le sélecteur de la Fig.l; Fig. 4 montre plus en détail le combinateur de la Fig. 1;

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Fig. 5 montre des diagrammes explicatifs du fonc-

tionnement de l'ensemble de la Fig. 2.

Chaque dispositif video est supposé produire, comme signal de sortie, trois séquences de signaux numériques qui sont rythmées par une horloge commune, à savoir des signaux vidéo (V), des signaux de manipulation (K) et des

signaux de priorité (P). Le signal vidéo représente l'ima-

ge numérisée qui est présentée à un sélecteur donné et

qui peut être de tout format à séparation des couleurs.

Dans la suite de la description, on supposera par exemple

qu'on utilise un format consistant en 8 bits de données de luminance (Y) et en 8 bits de données de différencesde couleursalternées(U/V). Le signal de manipulation K est

un signal fractionnaire compris entre O et 1 qui présen-

te la valeur O quand l'image vidéo est maximale et qui croit doucement entre ces valeurs sur le bord ou contour

de l'image. A titre d'exemple, on supposera dans la pré-

sente description que cette fraction est binaire et du

type à 8 bits bien que, pour de nombreuses- applications, un nombre plus faible de bits soit adéquat. Le signal de priorité P est un code de profondeur arbitraire désignant le plan de profondeur dans lequel l'objet est supposé se

trouver dans l'image de sortie. La valeur O est considé-

rée comme la priorité la plus faible (plan le plus éloi-

gné ou arrière-plan). La priorité est constante si le si-

gnal video produit par un dispositif particulier est des-

tiné à représenter un objet unique. On décrira ci-après une généralisation qui permet à un même dispositif vidéo d'engendrer des signaux vidéo qui représentent des objets multiples à des profondeurs différentes. Ce dispositif vidéo peut être par exemple la machine numérique DPE 5000

de la déposante pour la production d'effets. Bien entendu.

il existe un signal numérique videéo, de manipulation et

de priorité pour chaque point dans la trame de l'image.

On supposera, dans la présente invention, que, pour tout point unique de l'image, il existe un nombre maximal d'images séparées qui doivent être mélangées ensemble

pour produire la sortie désirée. Dans la suite de la pré-

sente description, on supposera que ce nombre est égal à

2, bien qu'on mentionne également un nombre plus élevé.

Le mode général de fonctionnement consiste en ce que deux images qui doivent être combinées sont déterminées par une série de triples concours ou épreuves. Chaque concours ou épreuve détermine un "gagnant" et un "refusé" qui pas- sent à l'épreuve suivante. Quand toutes les images se sont rencontrées ou opposées pour une position, la paire finale

d'images peut ensuite être manipulée pour produire un si-

gnal de sortie vidéo numérique final. Bien entendu, la manipulation est effectuée par action sur les signaux vidéo numériques respectifs. Ce signal de sortie peut ensuite

être utilisé par d'autres dispositifs numériques ou déli-

vré à un convertisseur numérique/analogique pour être re-

converti sous une forme vidéo analogique normale.

Dans la Figure 1, le processeur vidéo P, par exemple constitué par une machine DPE 5000, engendre les signaux vidéo Vp, de manipulation Kp et de priorité Pp. Ces signaux sont délivrés dans l'unité de sélection S. Cette unité de

sélection S reçoit également des signaux de sortie en cas-

cade Vw, Vr, Pw, Pr et Kw de l'étage précédent. Cette uni-

té engendre ensuite un autre-ensemble de signaux vidéo Vw (video du gagnant), Vr (vidéo du refusé), Pw (priorité du

gagnant), Pr (priorité du refusé) et Kw (manipulation du -

gagnant) qui peuvent être transmis aux étages successifs.

Cette sortie peut également être introduite dans le combi-

nateur C, à partir duquel un signal de sortie numérique combiné Vo, avec le signal associé de manipulation Ko, peut être transmis à d'autres dispositifs, notamment un convertisseur numérique/analogique. La Figure 2 montre

plusieurs unités qui sont couplées entre elles pour pro-

duire une image composite. Dans ce cas, le combinateur C

est facultatif pour tous les étages sauf pour le dernier.

La Figure 3 est un schéma par blocs du sélecteur S. Les trois entrées de priorité sont délivrées à un arbitre

A. Celui-ci compare les trois valeurs numériques et engen-

dre des signaux de sortie Pw et Pr, et également un signal C de commande des sélecteurs. Dans cet exemple, l'arbitre

est constitué par une table de lecture (LUT) mais il pour-

rait également être constitué par d'autres formes de cir-

- 5 cuits logiques. Le signal C commande le fonctionnement des sélecteurs: Sw qui fait une sélection entre les entrées Vw et Vp, Sr qui fait une sélection entre Vw9 Vr et Vp,et Sk qui fait une sélection entre Kw et Kpo Un signal Z est engendré à partir de l'entrée de manipulation Kp, et il est validé seulement quand Kp vaut exactement zéro.Quand il est validé, ce signal Z oblige les trois sélecteurs à se mettre dans l'état pour lequel Sw sélectionne Vw, Sr sélectionne Vr et Sk sélectionne Kw. En d'autres termes, les signaux d'entrée en cascade traversent directement les sélecteurs si la manipulation d'entrée est nulle et,

par conséquent, doit être ignorée.

Autrement, l'arbitre A opère de la manière suivante: 1. Si Pp > Pw Sw sélectionne Vp Sr sélectionne Vw Sk sélectionne Kp 2. Si Pw>Pp> Pr: Sw sélectionne Vw Sr sélectionne Vp Sk sélectionne Kw 3. Si Pp < Pr Sw sélectionne Vw Sr sélectionne Vr Sk sélectionne Kw

Le cas n 1 se produit quand le nouveau canal pré-

sente une priorité qui est supérieure à celles des deux entrées et acquièrt par préemption la position du "gagnant", tandis que le "gagnant" devient le "refusé". Dans ce cas,

son signal de manipulation l'emporte sur le signal de ma-

nipulation existant. Le cas n 2 se produit quand le nou-

veau canal perd par rapport au gagnant mais bat le refusé, auquel cas son signal video ne déplace que le refusé en

laissant inchangé le signal de manipulation qui est asso-

cié au gagnant. Le cas n 3 se produit quand le nouveau si-

gnal vidéo perd par rapport aux deux entrées et doit donc

être ignoré.

Il est impossible que Pr soit supérieur à Pw,ces deux valeurs pouvant au plus être les mêmes au début de la chaîne, quand elles sont toutes deux nulleso Il est par conséquent nécessaire de pouvoir représenter seulement la moitié des combinaisons possibles des priorités dans le format codé C. Si l'arbitre A est une table de lecture, le codage et le décodage sont automatiquement effectués par cette table. La Figure 4 est un schéma par blocs du combinateur C de la Figure 1. Les signaux Vw et Vr sont représentés, dans cette Figure, comme des signaux de lu- minance Yw et Yr et comme des signaux de chrominance Cw et Cr. Le signal de manipulation Kw est délivré dans des multiplicateurs Myw et Mcw pour la production de signaux

qui sont d'amplitude réduite proportionnellement au coef-

ficient de manipulation. Le signal Kw est également appli-

qué à un inverseur I dont le signal de sortie K' vaut

1-Kw. Ce signal de sortie est ensuite utilisé pour multi-

plier le signal video du refusé dans les multiplicateurs

Myr et Mcr pour les réduire proportionnellement à l'inver-

se du coefficient de manipulation du gagnant. Les signaux

de luminance et de chrominance sont ensuite sommés séparé-

ment dans des additionneurs Py et Pc pour la production

de signaux de sortie video Y0 et CO. Les signaux de prio-

rité Pr et Pw sont délivrés à un arbitre Ac qui engendre un signal de commande d'un sélecteur Sc tel que: 1. Si Pw =0: Sc sélectionne 0 2. Si Pw>O0,Pr =0: Sc sélectionne Kw 3. Si Pw>0,Pr> 0: Sc sélectionne 1

Les signaux de sortie résultants doivent être four-

nis après un retard variable D si les sorties des combina-

teurs doivent être synchrones car les étages successifs sont décalés dans le temps d'un certain retard à travers chaque sélecteur S.

Dans la Figure 2, les entrées à la partie supérieu-

re du schéma ne sont pas reliées. Un circuit de référence

est prévu pour le premier sélecteur S de manière à pro-

duire des signaux de référence tels que Pw, Pr et Kw soient nuls, et que V wet Vr représentent un arrière-plan ou fond qui apparaîtra sur la sortie chaque fois qu'aucune entrée

video n'a été introduite. Ce sera habituellement une cou-

leur plate, bien qu'on puisse utiliser une image d'arrière-

plan. Si l'équipement est agencé pour qu'un tel fond puis-

se être utilisé au lieu de l'entrée en cascade pour l'un

quelconque des étages, le système peut être divisé en grou-

pes d'un ou plusieurs étages adjacents qui produisent une

image correctement combinée indépendante des autres grou-

pes. Si la sortie à la partie inférieure de la Figure 2

est reliée à l'entrée de la partie supérieure, un tel grou-

pe peut être considéré comme fermé, ce qui augmente la

souplesse de la reconfiguration. Toutefois, il est néces-

saire de désigner une unité qui a une entrée de fond.Pour illustrer le fonctionnement du système montré aux Figures 2 à 4, on supposera que le signal vidéo délivré par le processeur P représente une image telle que celle de la Figure 5A qui comporte un objet X1 dans un arrière-plan de référence. Les signaux vidéo pour les points images, à l'intérieur de la frontière ou contour de l'objet X1, sont désignés en V1 et les signaux vidéo pour les points images de l'arrière-plan sont désignés en R. Pour l'objet X1, la priorité P1 est positive, alors qu'elle est nulle pour l'arrière-plan. Le coefficient de manipulation est

K1 pour l'objet X1 et O pour l'arrière-plan. Comme indi-

qué précédemment, les signaux vidéode priorité et de ma-

nipulation pour le gagnant, qui sont appliqués au premier

sélecteur S1, valent R, O et O, R représentant l'arrière-

plan. De façon similaire, les signaux vidéo et de priorité du refusé valent R et 0. Par exemple, l'objet X1 peut être une scène prise par une caméra de télévision, cette scène étant réduite dans sa taille et décalée par le processeur P1. Le signal de manipulation K1 croît de la valeur O, à

la frontière de l'objet X1, en traversant une zone margina-

le pour atteindre la valeur 1 sur le reste de la zone de

l'objet X1.

On considérera maintenant les signaux de sortie du sélecteur pendant une période de ligne représentative to à tL représentée sur la Figure 5A. L'épreuve ou concours

qui se produit dans le sélecteur S1 ne modifie pas les si-

gnaux du gagnant et du refusé pendant les intervalles t o à t1 et t3 à tLI mais introduit des signaux Vl, P1 et K1 dans les positions du gagnant dans l'intervalle t1 à t3à les signaux du refusé conservant les valeurs R et O. Ces

résultats sont montrés à la partie inférieure de la Figu-

re 5A.

On supposera maintenant que les signaux vidéo déli-

vrés par le processeur P2 représentent une image telle que celle qui est montrée à la Figure 5B et qui comporte un objet X2 sur un arrière-plan de référence. Les signaux vidéo, de priorité et de manipulation pour les points ima- ges à l'intérieur du contour de l'objet X2 sont désignés

par V2, P2 et K2, P2 étant supérieur à Pl. Pour l'arrière-

plan, les signaux correspondants valent R, O et O. Le concours dans le sélecteur S2 entre les entrées du gagnant

et du refusé provenant de S1 et la nouvelle entrée prove-

nant de P2 donne les résultats qui sont montrés à la-partie

inférieure de la Figure 5B pendant la période de ligne re-

présentative to à tL. On peut déduire les signaux pendant

d'autres périodes de ligne.

Si les signaux du gagnant et du refusé, qui sont produits par le sélecteur S2,sont appliqués au combinateur C2, l'observation du fonctionnement montré à la Figure 4 pour les signaux qui se produisent pendant la période de

ligne to à tL révèle que la sortie du combinateur repré-

sente l'objet X2 superposé partiellement à l'objet Xl,avec chevauchement, comme montré à la Figure 5B, et qu'on a

effectué une manipulation linéaire.

Si les différents processeurs doivent fournir des signaux vidéo respectifs représentant des objets différents mais se superposant exactement, et qui acquièrent donc par préemption les positions de gagnant et de refusé, l'effet

du coefficient de manipulation du gagnant, quand la combi-

naison se produit, peut donner un effet indésirable. Cela

se produit car le coefficient de manipulation, qui inter-

vient dans.la combinaison, ajoute sur le bord de l'objet

gagnant une certaine partie de l'objet refusé qui,autre-

ment, n'apparaîtrait pas dans l'image combinée. Toutefois, cet effet peut être évité en modifiant les sélecteurs de manière à bloquer la sélection d'un nouveau refusé et à retenir l'ancien refusé pour tout point image pour lequel

le coefficient de manipulation pour le gagnant -et le coef-

ficient de manipulation pour le refusé potentiel sont tous les deux non nuls et non égaux à 1, c'est-à-dire qu'ils

sont compris entre O et 1.

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En variante, la sélection peut être bloquée quand

le coefficient de manipulation pour le gagnant est supé-

rieur ou égal au coefficient de manipulation pour le re-

fusé potentiel, ces deux coefficients étant différents de

1.

Si plus de deux entrées vidéo sont nécessaires en provenance d'un sélecteur précédent, le schéma peut être

généralisé pour N signaux vidéo en ajoutant plus de sélec-

teurs dans l'unité de sélection S. Pour un schéma com-

portant N signaux en cascade, N signaux vidéo et de prio-

rité et N-1 signaux de manipulation doivent passer entre les unités, chaque unité nécessitant N sélecteurs vidéo,

le premier sélecteur ayant deux entrées, le second sélec-

teur ayant trois entrées et ainsi de suite jusqu'au der-

nier sélecteur qui a N+1 entréeso

Si un processeur P (Figure 2) doit présenter M ob-

jets images multiples au système, il n'est pas nécessaire qu'il présente M canaux séparés vidéo, de manipulation et de priorité et M sélecteurs séparés. Du fait que seulement deux signaux video peuvent passer à l'étage suivant de traitement, un tel processeur à objets multiples peut être

simplifié pour apparaître sous la forme de deux proces-

seurs à objet unique. Un tel processeur pourrait être réa-

lisé par deux étages de processeur montrés à la Figure 2.

Toutefois, une version plus simple peut être agencée pour

produire un seul signal vidéo et un seul signal de manipu-

lation avec deux signaux de priorité.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux mo-

des de réalisation qui ont été décrits; on pourrait au contraire concevoir diverses variantes sans sortir pour

autant de son-cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de traitement de signaux vidéo, caracté-

risé par le fait qu'il comporte une pluralité d'étages de traitement(P) qui peuvent chacun fournir une séquence de

signaux vidéo numériques(V)et des signaux de priorité as-

sociés(P)relatifs à une image respective, un sélecteur(S) associé à chaque étage(P)pour émettre vers le sélecteur

suivant une pluralité de séquences de signaux vidéo numé-

riques et de signaux de priorité délivrés par l'étage et

ceux qui sont transmis par le sélecteur précédent, la sé-

lection des signaux vidéo dans la séquence dépendant des signaux de priorité dans le groupe, et des moyens (C) pour combiner les signaux vidéo transmis au dernier sélecteur

pour produire une séquence de signaux vidéo de sortie.

2. Système de traitement selon la revendication 1,

caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour dé-

livrer des signaux vidéo et de priorité de référence au

sélecteur initial.

3. Système selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé par le fait que chaque sélecteur comporte

des moyens de sélection pour former une première desdi-

tes séquences de signaux vidéo à partir des signaux vidéo individuels en des points images successifs associés aux signaux de priorité la plus élevée en ces points et pour former une seconde desdites séquences des signaux vidéo

à partir des signaux vidéo individuels en des points ima-

ges successifs associés aux signaux de priorité la pls élevée suivante, lesdites deux séquences étant transiises au sélecteur suivant sans les signaux vidéo individuels

associés aux signaux de priorité plus faible.

4. Système de traitement selon l'une des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte des

moyens pour délivrer une séquence de signaux de manipula-

tion en association avec les séquences de signaux vidéo

fournis à chaque étage.

5. Système de traitement selon l'une des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque sélecteur comporte des moyens pour transmettre au sélecteur suivant

un signal de manipulation associé aux signaux vidéo com-

pris dans la séquence finale.

6. Système de traitement selon l'une des revendi-

cations 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour transmettre de chaque sélecteur au sélecteur suivant le signal de manipulation associé aux signaux

vidéo de priorité la plus élevée.

7. Système de traitement selon l'une des revendi-

cations 5 et 6, caractérisé par le fait que lesdits mo-

yens pour combiner les signaux vidéo comportent des mul-

tiplicateurs (M),ceux-ci multipliant le signal de manipu-

lation et son inverse par les signaux vidéo respectifs.

8. Procédé de traitement de signaux vidéo, carac-

térisé par le fait qu'il consiste à délivrer une séquen-

ce de signaux vidéo numériques et des signaux de priori-

té associés relatifs à une image respective, à sélection-

ner une pluralité de séquences de signaux vidéo numéri-

ques sur un étage et à la transmettre à un étage suivant, ladite sélection dépendant des signaux de priorité dans le groupe, et à combiner les signaux vidéo transmis au dernier sélecteur pour produire une séquence de signaux

vidéo de sortie.