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FORMÉE PAR
RCA CORPORATION pour Procédé pour le filtrage en peigne d'un signal composite de télévision et filtre en peigne à utiliser.
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La présente invention se rapport à des filtres en peigne image par image pour séparer les composantes de luminance (Y) et de chrominance (C) de signaux composites de télévision et elle se rapporte plus particulièrement à un moyen pour corriger la déformation du signal due à la présence d'un mouvement entre des images vidéo successives dans un tel système de filtrage en peigne.
Les signaux électroniques qui sont de nature périodique peuvent être avantageusement traités en stockant des répliques du signal qui sont séparées, dans le temps, par la période de récurrence puis en combinant les répliques stockées pour améliorer la teneur de l'information dans le signal. Par exemple, des systèmes conventionnels de diffusion de télévision (et la plupart des systèmes d'enregistrement/restitution vidéo) sont agencés de façon que la plus grande partie de l'information de luminosité (luminance) contenue dans une image soit représentée par des fréquences du signal qui sont concentrées autour de multiples entiers de la fréquence de balayage horizontal.
L'information de couleur (chrominance) est codée ou insérée dans une partie du spectre du signal de luminance autour de fréquences qui se trouvent à mi-chemin entre les multiples de la fréquence de balayage horizontal (c'est-à-dire à des multiples impairs de la moitié de la fréquence de balayage horizontal).
L'information de chrominance et de luminance peut être séparée et l'information du détail peut être améliorée en filtrant en peigne de façon appropriée le spectre du signal composite. Des agencements connus de filtrage en peigne utilisent avantageusement le fait que la relation de multiple
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impair entre les composantes du signal de chrominance et la moitié de la fréquence de balayage horizontal force les composantes du signal de chrominance pour des zones correspondantes de l'image sur des lignes successives à être déphasées de 1800 les unes avec les autres (composantes de fréquence imbriquées). Les composantes du signal de luminance pour des zones correspondantes de l'image sur des lignes successives sont sensiblement en phase les unes avec les autres (et comprennent des composantes non imbriquées).
Dans un système de filtrage en peigne, une ou plusieurs répliques du signal composite représentatif de l'image sont produites, qui sont retardées dans le temps, les unes des autres, par au moins un intervalle de balayage horizontal (appelé retard 1-H). Les signaux d'une ligne sont ajoutés aux signaux d'une ligne précédente, avec pour résultat l'annulation des composantes de fréquence imbriquées (c'est-à-dire la chrominance) etle renforcement des composantes de fréquence non imbriquées (c'est-à-dire de luminance). En soustrayant les signaux pour deux lignes successives (c'est-à-dire en inversant les signaux pour une ligne puis en ajoutant les deux), les composantes de fréquence non imbriquées sont annulées tandis que les composantes de fréquence imbriquées sont renforcées.
Ainsi, les signaux de luminance et de chrominance peuvent être mutuellement filtrésen peigne et ensuite peuvent être avantageusement séparés.
Le processus ci-dessus de filtrage en peigne est possible du fait du niveau élevé de façon inhérente de redondance du signal d'une ligne à l'autre dans une scène vidéo typique. Si l'on considère une image stationnaire, et en particulier un élément d'image de cette scène, on peut noter que le niveau de redondance du signal représentant cet élément d'image sur une base image par image est sensiblement de un pour cent. Ainsi, si un filtrage en peigne
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est accompli sur une base image par image, le pourcentage du signal résiduel de luminance dans le signal de chrominance filtré en peigne est considérablement réduit par rapport à un signal filtré en peigne ligne par ligne.
De même, le pourcentage du signal résiduel de chrominance dans le signal de luminance filtré en peigne est considérablement réduit par rapport à un signal filtré en peigne ligne par ligne.
Plus particulièrement, il n'y aura par exemple pas de détail vertical accompagnant le signal de chrominance filtré en peigne. Par sa conception, le signal de chrominance d'un signal composite NTSC est synchronisé pour avoir une relation de phase de 1800 d'une image à l'autre, ce qui permet un filtrage en peigne sur une base d'image.
La composante de luminance peut par conséquent être extraite par addition linéaire du signal composite d'images successives et la composante de chrominance peut être extraite par soustraction linéaire du signal composite d'images successives.
La caractéristique de réponse d'un filtre en peigne ligne par ligne a des zéros ou des dents espacés à la fréquence horizontale ou à des intervalles de 15, 734 kOHz 0 tandis que la réponse du filtre image par image a des dents à des intervalles de 30 Hz. Le plus proche espace entre les dents ou entre les zéros du filtre d'image donne à un. processus plus complet du filtrage en peigne dans toutes les directions spatiale qu'avec le peigne entre les lignes.
Dans le processus de filtrage en peigne image par image, les objets non stationnaires donnent lieu à des déformations des images reproduites. Ces déformations sont dues à une annulation incomplète des composantes de luminance et de chrominance dans les signaux filtrés en peigne de chrominance et filtrés en peigne de luminance respectivement (composantes croisées) ainsi qu'à une réduction
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effective de largeur de bande du signal de luminance dans les régions de mouvement. Les différences du contenu de la scène dues au mouvement de l'objet ou panoramique, qui se produisent dans un temps de l'image de un trentième de seconde ou plus vite sont caractérisées comme étant un mouvement visuel du contenu de la scène.
Les déformations induites par le mouvement, créées par le processus de filtrage en peigne d'une image à l'autre sontbidimensionnelles et sont essentiellement dues à un mouvement de la scène entre les images. Les déformations sont observables en directions horizontale et verticale dans le plan de l'image et se manifestent par des images doubles ou fantômes dans les scènes reproduites. Les images doubles sont séparées d'une quantité correspondant à l'allure du mouvement et peuvent être accompagnées d'une teinte incorrecte aux bords des objets mobiles.
Au contraire, les filtres en peigne entre lignes créent des distortions sur une dimension, qui sont dues à la structure verticale dans une scène même si elle est stationnaire. Les déformations accompagnant le
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propsr. en peir comme un abaissement effectif de la largeur de bande du signal représentant la structure verticale de la scène et un assouplissement des bords verticaux ou du contenu de la scène.
La présente invention a pour objet de réduire les effets génants produits par le mouvement dans un système de filtrage en peigne image par image.
Un mode de réalisation préféré de l'invention comprend un filtre en peigne pour le traitement de signaux de télévi- sion comprenant un moyen retardateur pour retarder le signal de télévision d'une période d'une image. Des premier moyens sont prévus pour combiner le signal de télévision et le signal retardé de télévision à la sortie du moyen retardateur afin de produire leur somme correspondant à une première com-
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posante du signal de télévision. Des second moyens sont prévus pour combiner le signal de télévision et le signal retardé de télévision à la sortie du moyen retardateur pour produire leur différence correspondant à une seconde composante du signal de télévision.
Un filtre passe-bas à phase linéaire est prévu, ayant une borne d'entrée, couplée au second moyen de combinaison pour recevoir la seconde composante du signal de télévision. Le filtre passe-bas a une borne de sortie etrejette sensiblement le spectre des fréquences normalement occupé par la seconde composante du signal de télévision. Des troisième ; moyens sont prévus qui sont couplés am premiers moyens de combinaison et à la borne de sortie du filtre passe-bas pour combiner la première composante et le signal de télévision au signal filtré dans le filtre passe-bas pour corriger, dans la première composante, les erreurs dues au mouvement entre les images.
Selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens de détection du mouvement sont couplés à la borne de sortie du filtre passe-bas et ils repensent au signal qui y est filtré pour détecter la présence d'un mouvement de la scène entre images. Le moyen de détection de mouvement produit un signal de commande répondant à ce mouvement. Des quatrième moyens de combinaison de signaux sont prévus, ayant une première borne d'entrée couplée aux seconds moyens de combinaison pour recevoir la seconde composante.
Le quatrième moyen de combinaison de signaux à une seconde borne d'entrée et une borne de sortie. ces moyens de commutation sont couplés au moyen de détection du mouvement et ils répondent au signal de commande pour sélectivement coupler la première composante à la seconde borne d'entrée du quatrième moyen de combinaison de signaux quand il -y a détection d'un mouvement de la scène entre images
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Selon une autre caractéristique de l'invention, un filtre est couplé 1 borne de sortie du quatrième moyen de combinaison de signaux. Le filtre passe-bande est conçu pour ne laisser passer que le spectre des fréquences du signal de chrominance.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lequel : - la figure 1 donne un schéma bloc d'un filtre en peigne image par- image connu dans la technique du traitement de signaux de télévision ; - les figures 2a-d sont des formes d'onde de l'amplitude en fonction du temps associées au circuit de la figure 1, tandis que la figure 2e est une forme d'onde résultant d'une modification du circuit ae la figure ! ; et - la figure 3, comprenant les figures 3a à c donne un schéma bloc d'un filtre en peigne image par image selon l'invention.
En se réfarent à la figure 1, on peut y voir un filtre en peigne image par image ou d'une image à l'autre connu de l'art antérieur. Pour la présente illustration, l'appareil sera décrit en termesde la séparation des signaux de luminance et de chrominance d'un signal composite de télévision.
Cependant, l'appareil n'est pas limité à cette application particulière. Par exemple, l'appareil de la figure 1 peut être utilisé pour filtrer en peigne le signal de luminance pour y insérer le signal de chrominance dans la formation d'un signal vidéo composite.
Sur la figure 1, un élément de stockage 10 a la capacité
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de stocker la manifestation électrique d'une image (c'est-à- dire deux trames du format vidéo NTSC) du signal vidéo.
L'élément de stockage 10 accepte séquentiellement le signal d'entrée a la borne d'entrée 11 et émet le même signal à la borne de sortie 14, retardé de la durée d'une période d'une image. L'élément 10 comprend une mémoire numérique comme une mémoire à accès aléatoire (RAM), avec le circuit électronique approprié de support ou bien une mémoire ana- logique telle qu'un dispositif de transfert de charge en série (CTD) comme un dispositif à couplage de charge (CCD) avec son circuit nécessaire de support. ; n'est pas important de savoir si l'élément 10 est un circuit numérique ou analogique, cependant on supposera ici que sa nature est numérique.
Les éléments restantsdu circuit qui sont incorporés seront par conséquent considérés comme étant de nature numérique pour éviter une conversion numérique-analogique de signaux entre les éléments du circuit.
Le signal d'entrée à la connexion il et le signal retardé à la connexion 14 sont additionnés dans le circuit
ADDITIONNEUR 12. Les composantes de luminance du signal, étant en phase, s'ajoutent tandis que les composantes de chrominance, étant déphasées de 180 , s'annulent pour produire un signal de luminance Y sensiblement dépourvu de chrominance à la connexion 15. Le signal d'entrée et le signal retardé sont également appliqués au circuit SOUSTRACTEUR 13 ou les composantes de chrominance de deux images s'additionnent de façon constructive tandis que les composantes de luminance s'annulent pour produire un signal de chrominance sensiblement exempt de luminance à la connexion 16 (au moins quand les signaux d'image-successifs sont des enregistrements de la même scène stationnaire).
En se référant à la figure 2, les effets du mouvement sur le processus de filtrage en peigne d'une image à l'autre ci-dessus décrit sont illustrés graphiquement. La figure 2a représente. une partie du signal composite appliqué à la
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borne 11 à un intervalle arbitraire de temps. La figure 2b . représente le signal vidéo composite de la même scène exactement une période d'une image plus tard dans le temps, et oh un certain mouvement s'est produit dans la scène. Dans la forme d'onde 2a on suppose que la composante du signal entre les temps T1 et T3 représente un objet ayant des paramètres de luminance de chrominance L2 et C2, respectivement.
L'objet est supposé se trouver dans une zone du le contenu de la scène est uniforme, ayant des paramètres de luminance et de chrominance respectivement L1 et Cl.
Entre les images, l'objet se dépl3c dans l'esF ce, forçant la représentation du signal vidéo de l'objet à se transformer dans le temps, c'est-à-dire pour se trouver entre les temps T2 et T4 sur la figure 2b. Les paramètres du signal L et C des composantes de luminance et de chrominance du signal restent les mêmes entre les formes d'onde des figures 2a et 2b bien qu'il existe un décalage, dans le temps, par rapport à l'objet représenté par L2, C2.
La composante de chrominance du signal a cependant une relation de phase de 180 entre les formes d'onde 2a et 2b (c'est-à-dire entre les images).
La somme et la différence des formes d'onde des figures 2a et 2b sont représentées respectivement par les formes d'onde 2c et 2d. On peut voir que pour les segments de temps où la valeur absolue de la composante vectorielle de chrominance entre les formes d'onde 2a et 2b est la même, il y, a une annulation sensiblement complète de la composante de chrominance par l'addition des deux formes d'onde (figure 2c). De même, si l'amplitude de la composante de luminance du signal est la même entre les deux formes d'onde (2a et 2b), il y a une annulation sensiblement complète de la composante de luminance par suite d'une soustraction de deux formes d'onde (figure 2d). Les figures 2a, 2b, 2c et 2d représentent des signaux se présentant respectivement aux connexions 11, 14,15 et 16 du circuit de la figure 1.
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Sur la période où se produit un mouvement entre des images, c'est-à-dire entre les temps T1 et T2 et les tem ? s T3 et T4, des signaux inégaux sont différentielleroent ajoutés et il se produit une annulation incomplète de la composante non souhaitée.
De plus, le mouvement déforme le signal souhaité.
Le mouvement provoque une formation de la moyenne du signal sur les périodes où le mouvement se produit. Ces moyennes sont représentées sur la figure 2c par les segments de signal désignés par (L1+L2) ce qui est équivalent à (2L1+2L2)/2. Normalement, les signaux des deux images seront pondérés par un facteur de 1/2 avant d'être combinés.
L'amplitude du signal filtré en peigne représentera la moitié des valeurs montrées et le signal pendant la période de mouvement sera de (L1+L2)/2. Les moyennes (L1+L2) dans le signal de luminance ont tendance à reproduire les transitions du signal pour produire une image double ou fantôme
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qui entoure l'objet mobile. Les moyennes (C1+C2) dans le signal de chrominance filtré en peigne pendant les périodes du mouvement entre images ort tendance à déformer la teinte autour de l'objet mobile.
Si un filtre passe-bas est prévu à la connexion 16 de la figure 1, le signal de chrominance filtré en peigne de la figure 2d produit le signal montré sur la figure 2e.
Sur la figure 2e, le spectre du signal de chrominance a été supprimé, ne laissant que la composante non annulée de luminance résultant du mouvement entre images Si le signal de la figure 2eest ajouté ou est soustrait du signal de la figure 2c, les bords du signal de luminance sont restaurés, produisant une composante de luminance équivalente à une composante n'ayant pas encore été filtrée en peigne.
L'addition du signal de la figure 2e restaurera le signal de luminance de la figure 2c entre les temps T1 et T2 au niveau de 2L2 et réduira le signal de luminance entre les temps T3 et T4 à la valeur de 2L1 comme cela est indiqué en pointillé.
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Le circuit montré sur la figure 3a est un filtre en peigne image par image ou d'une image à l'autre agencé selon les principes de la présente invention avec ra possibilité de corriger des déformations comme des images doubles ou un brouillage du au mouvement entre des images successives.
Sur la figure 3, les éléments désignés par les mêmes chiffres de référence que les éléments de la figure 1 accomplissent des fonctions identiques. Ainsi, aux connexions 15 et 16 du circuit de la figure 3a, les signaux filtrés en peigne de luminance et de chrominance sont respectivement produit9 lesquels signaux contiennent des composantes croisées c. insi que des composantes imparfaitement filtrées en peigne dues au mouvement entre images
Le signal de chrominance filtré en peigne à la connexion
16 est appliqué à un filtre passe-bas à phase linéaire 27 pour retirer le spectre du signal de chrominance, laissant les composantes du signal de luminance à basse fréquence non annulées.
Le signal filtré à la sortie du filtre passe-bas 7 est réajouté, dans la circuit ADDITIONNEUR 31, au signal de luminance filtré en peigne à la connexion 15 pour produire à la connexion 32 la luminance corrigée Y. Ainsi, le signal corrigé de luminance et développé à la connexion 32 selon les principes de la présente invention. La composante résiduelle èt non annulée de chrominance dans le signal de luminance filtré en peigne à la connexion 15 a seulement tendance à créer une déformation de second ordre qui n'est pas observable sauf lors d'une inspection de près de l'image visualisée.
Le filtre passe-bas 17 doit avoir une phase linéaire afin de bien réinsérer le détail du mouvement dans le signal de luminance filtré en peigne. Une réponse transitoire sera affectée de façon néfaste si le détail du mouvement n'est pas bien réinséré', du fait des différences de phase entre les segments affectés par le mouvement du signal du luminance filtré en peigne et le détail du mouvement extrait du signal de chrominance filtré en peigne.
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La chrominance résiduelle (C2-C1, -Cl-C2)'dans le canal de luminance, due au mouvement entre images ne produit pas de déformations sensibles de l'image reproduite. Cependant, le signal de chrominance de transition ou en moyenne (C1+C2) dans la composante du signal de chrominance filtré en peigne qui se présente pendant les périodes de mouvement, peut produire des déformations gênantes de la couleur. Le signal de chrominance est une quantité vectorielle. Ainsi, la somme vectorielle C2+C1 pendant les périodes de mouvement peut produire des couleurs totalement différentes de celles représentées par l'un des signaux C1 ou C2.
Pour maintenir la pureté des couleurs aux bords d'objets mobiles, il est souvent souhaitable de corriger, dans la composante de chrominance, les erreurs induites par le mouvement qui sont produites dans le processus. de filtrage en peigne.
L'information nécessaire à la correction du signal de chrominance filtré en peigne réside dans le signal de luminance filtré en peigné. Cette information peut être réinsérée d'une façon semblable à la méthode de restauration du deal du mouvement au signal filtre en peigne de luminance. Cependant, la restauration de la chrominance ne doit pas être un processus continu, mais ne doit être accomplie que pendant les séquences de mouvement. Cela a pour raison la densité d'énergie relativement importante du signal de luminance en comparaison aux composantes transversales du signal de chrominance. L'addition continue du signal de luminance filtré en peigne au signal de chrominance filtré en peigne annulera effectivement le processus de filtrage en peigne.
Cependant, l'addition du signal de luminance filtré en peigne au signal de chrominance filtré en peigne pendant les périodes de mouvement produit un signal préférable à une non réinsertion de la chrominance.
Il est normalement nécessaire de faire passer le signal
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filtré en peigne de chrominance dans un filtre passebande pour éliminer le signal résiduel de luminance, c'est-à-dire le détail du mouvement de luminance, la composante de luminance filtrée en peigne ajoutée à la chrominance filtrée en peigne est sensiblement éliminée du signal corrigé de chrominance. Seules les composantes de luminance se trouvant dans la bande spectrale du signal de chrominance restent dans le signal corrigé de chrominance et l'énergie du signal de luminance dans cette bande est relativement faible.
Le signal de luminance se compose de constituants du signal de chrominance, c'est-à-dire les signaux du rouge, du bleu et du vert et par conséquent l'amplitude du signal de luminance indique l'amplitude du signal de chrominance. La présence du signal en excès d'une valeur prédéterminée émanant du filtre passe-bas 27 indique la présence du mouvement et l'amplitude de ce signal indique l'amplitude des erreurs de chrominance. Des erreurs du signal de chrominance suffisamment importantes pour provoquer des informations gênantes denr l'image reproduite peuvent par conséquent être détectées en mesurant l'amplitude du signal de luminance ayant passe par le filtre passe-bas 27.
Sur la figure 3a, un détecteur de mouvement 28 couplé à la connexion de sortie du filtre passe-bas 27 compare le signal de chrominance filtré en peigne et filtré dans le filtre passe-bas à une valeur de seuil.
La valeur de seuil est établièà un niveau qui correspond à un niveau du signal qui a été établi pour provoquer des déformations gênantes de chrominance. Lorsque le signal filtré dans le filtre passe-bas à la sortie du filtre 27 dépasse la valeur de seuil, le détecteur de mouvement 28 produit un signal de commande qui ferme le commutateur 29.
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Les figures 3b et 3c illustrent respectivement des exemples de détecteurs du mouvement en signaux analogiques et numériques. La version analogique 28'comprend un amplificateur différentiel 40 à gain élevé et une source de potentiel de référence 41. Le signal à la sortie du filtre 27 est appliqué à une borne d'entrée directe 42 de l'amplificateur 40 et le signal de la source de référence 41 est appliqué à la borne inverse de l'amplificateur 40. Quand le potentiel à la borne 42 dépasse la référence, le signal à la sortie de l'amplificateur 40 passe à l'état haut, autrement il reetje bar. A la borne de sortie de l'amplificateur 40 est couplé un transistor à effet de champ
29'du type N, que l'on peut utiliser pour le commutateur 29 de la figure 3a.
Un potentiel élevé appliqué à la porte (G) du transistor ferme le commutateur etun faible potentiel
Sur la figure 3c, la version numérique 28"du détec- teur de mouvement comprend une source de référence binaire 45, un circuit de soustraction 43 (comparateur), un détecteur de signe 44 et un commutateur à circuit ET 29". (Sur le dessin, les interconnexions en double ligne indiquent des lignes de bits en parallèle). Le soustracteur 43 soustrait le nombre de référence (45) du signal binaire à a sortie 42 du filtre 27. La valeur de la différence est examinée par le détecteur de signe 44 pour examiner si elle est positive ou négative. Si la différence est positive, le circuit SGN (signe) 44 produit une impulsion positive de sortie qui valide le circuit ET 29"pour laisser passer le signal sur ses lignes de données.
Il faut noter que si le soustracteur accomplit le complèment
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-, à deux arithmétique, le circuit de signe peut être élimine et remplacé par un circuit inverseur directement connecté entre le bit de poids fort, c'est-à-dire le bit de signe des connexions à la sortie du soustracteur et le circuit ET.
Les circuit des figures 3b et 3c, comme ils sont
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représentés, ne répondent qu'aux signaux d'entrée d'une polarité, cependant on sait bien, dans la technique des circuits, mettre deux de ces circuits en parallèle pour qu'ils répondent aux signaux des deux polarités. Alternativement, le comparateur peut être du type"comparateur à fenêtre".
Le commutateur 29 couple sélectivement le signal de luminance filtré en peigne de la connexion 15 à une entrée du circuit ADDITIONNEUR 30. Une seconde entrée du circuit ADDITIONNEUR 30 est directement couplée pour recevoir le signal de chrominance filtré en peigne de la connexion 16. Quand on détecte un détail de mouvement dépassant la valeur de seuil, le commutateur 29 est fermé et les composantes filtrées en peigne de chrominance et de luminance sont ajoutées dans le circuit ADDITIONNEUR 30. Quand aucun détail de mouvement n'est détecté, le commutateur 29 reste ouvert et le signal filtré en peigne de chrominance à la connexion 16 passe, sans modification, par le circuit ADDITIONNEUR.
Le signal à la sortie du circuit ADDITIONNEUR 30 est couplé à un filtre passe-bande à phase linéaire 34 qui ne laisse passer que le spectre des fréquences du signal de chrominance à sa borne de sortie 35.
Les éléments de circuit 31 et 30 peuvent soit des circuits ADDITIONNEUR ou SOUSTRACTEUR comme cela est indiqué par les signes () aux bornes ; d'entrée sur la figure 3a. Cependant, ils peuvent être tous deux du même type de circuit, c'est-à-dire tous deux ADDITIONNEURS ou tous deux SOUSTRACTEURS. Le fait qu'ils soient ADDITIONNEURS ou SOUSTRACTEURS détermine si les segments du signal déformés par un mouvement menant ou en retard sont respectivement restaurés ou annulés.