CA2026766C - Method for multiplexing an audio signal and an analogue video signal and sound still picture distribution system - Google Patents
Method for multiplexing an audio signal and an analogue video signal and sound still picture distribution systemInfo
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Abstract
Le procédé de multiplexage d'un signal sonore dans un signal vidéo analogique comporte une dynamique d'amplitude, dans lequel le signal sonore est multipléxé dans une partie utile du signal vidéo analogique correspondant à une image vidéo, le procédé comporte les étapes suivantes: on numérise le signal sonore et on utilise des techniques de compression de débit pour obtenir une suite d'expressions numériques de codage; on mémorise temporairement la suite d'expression numériques de codage pour extrairement séquentiellement des sous-expression de codage à une fréquence en rapport avec une fréquence ligne du signal vidéo, chaque sous-expression numérique de codage comportant un nombre prédéterminé d'éléments binaires fonction de la dynamique d'amplitude du signal vidéo; on convertit sous forme analogique chaque sous-expression numérique de codage extraite pour fournir des échantillons analogiques dont le niveau d'amplitude est proportionnel à la quantification de la sous-expression numérique de codage considérée; on impose une modulation d'amplitude des échantillons analogiques dans la partie utile du signal vidéo pour fournir un signal composite ayant le même format qu'un signal vidéo. On utilise le procédé selon l'invention pour la réalisation d'un système interactif de distribution d'images fixes sonorisées.The method for multiplexing a sound signal into an analog video signal comprises an amplitude dynamic, in which the sound signal is multiplied in a useful part of the analog video signal corresponding to a video image, the method comprises the following steps: digitizes the sound signal and bitrate compression techniques are used to obtain a sequence of digital coding expressions; the sequence of digital coding expressions is temporarily stored for sequentially extracting coding sub-expressions at a frequency related to a line frequency of the video signal, each digital coding sub-expression comprising a predetermined number of binary elements which are functions of the amplitude dynamics of the video signal; each extracted digital coding sub-expression is converted into analog form in order to provide analog samples whose amplitude level is proportional to the quantification of the digital coding sub-expression considered; an amplitude modulation of the analog samples is imposed in the useful part of the video signal to provide a composite signal having the same format as a video signal. The method according to the invention is used for the production of an interactive system for the distribution of fixed sound images.
Description
..... . . .
-" 202~76~
PROCEDE DE MULTIPLEXAGE D'UN SIGNAL SONORE
DANS UN SIGNAL VIDEO ANALOGIQUE ET SYSTEME DE
DISTRIBUTION D'IMAGES FIXES SONORISEES.
Le domaine de l'invention est celui des procédés de multiplexage d'un signal de séquences sonores à l'interieur d'un signal d'image vidéo analogique.
Plus particulièrement, l'invention concerne un nouveau procédé de multiplexage d'un signal de séquences sonores échantillonné et multiplexe par modulation d'amplitude d'impulsion dans les lignes utiles du signal d'image vidéo.
Ce nouveau procédé s'inscrit dans les techniques de transmission de signaux compatibles avec les équipements actuels et tient compte des spécificités des supports de transmission existants.
Les procédés connus de multiplexage d'un signal de séquences sonores avec un signal d'image vidéo analogique font appel aux techniques de numérisation d'échantillons sonores et de multiplexage ! d'un signal à l'état logique correspondant à la quantification numérique de chaque échantillon sonore avec le signal d'image vidéo analogique par répartition ~ temporelle dans les lignes utiles de celui-ci 'J 25 (modulation par impulsion et codage).
Cependant, ces techniques de codage connues limitent les capacités de transport du signal ` d'image video analogique en terme de durée de séquences sonores inserées par ligne utile du signal d'image, ces limitations étant dues essentiellement au procédé de codage des échantillons sonores.
En conséquence, l'objectif de l'invention est de pallier cet inconvénient et notamment d'augmenter de façon sensible la durée des séquences sonores insérées dans chaque ligne utile du c~ signal d'image vidéo analogique en optimisant v l'utilisation de la dynamique d'amplitude du signal ,~ , ., .
r~
- ...... . .
- "202 ~ 76 ~
METHOD FOR MULTIPLEXING A SOUND SIGNAL
IN AN ANALOGUE VIDEO SIGNAL AND SYSTEM
DISTRIBUTION OF SOUND STILL IMAGES.
The field of the invention is that of methods for multiplexing a sequence signal sound inside a video image signal analog.
More particularly, the invention relates to a new method for multiplexing a signal of sound sequences sampled and multiplexed by pulse amplitude modulation in the lines useful video image signal.
This new process is part of the signal transmission techniques compatible with current equipment and takes into account specifics of existing transmission media.
The known methods of multiplexing a audio signal with image signal analog video use the techniques of digitization of sound samples and multiplexing ! of a signal in the logic state corresponding to the digital quantification of each sound sample with analog video image signal by distribution ~ temporal in the useful lines of it 'J 25 (pulse modulation and coding).
However, these coding techniques known limit signal transport capabilities `analog video image in terms of duration of sequences sound inserted by useful line of the image signal, these limitations being mainly due to the process of coding of sound samples.
Consequently, the objective of the invention is to overcome this drawback and including significantly increasing the duration of sound sequences inserted in each useful line of the c ~ analog video image signal by optimizing v the use of signal amplitude dynamics , ~, .,.
r ~
-
2 0 2 ~; r~
d'image vidéo pour le codage des échantillons sonores, cette duree devant être de l'ordre de 8 secondes de son de qualité téléphonique par trame d'image pour un canal de transmission d'un signal d'image vidéo analogique 5d'une largeur de bande de base de 5 mégahertz et d'une dynamique d'amplitude inférieure à 50 dB.
Cet objectif est atteint à l'aide d'un procédé de multiplexage d'un signal sonore analogique dans un signal vidéo analogique comportant une 10dynamique d'amplitude, dans lequel le signal sonore est multiplexé dans une partie utile du signal vidéo analogique correspondant a une image vidéo, caracterisé
en ce que:
- on numérise le signal sonore et on utilise 15des techniques de compression de débit pour obtenir une suite d'expressions numeriques de codage;
- on mémorise temporairement la suite d'expressions numériques de codage pour extraire séquentiellement des sous-expressions numéri~ues de ~ 20codage à une fréquence en rapport avec une fréquence ; ligne du signal vidéo, chaque sous-expression numérique ~! de codage comportant un nombre prédetermine d'eléments ~ binaires fonction de la dynamique d'amplitude du signal ``j vidéo;
', 25- on convertit sous forme analogique chague ` sous-expression numerique de codage extraite pour fournir des échantillons analogiques dont le niveau : d'amplitude est proportionnel a la quantification de la sous-expression numérique de codage considérée;
` 30- on impose une modulation d'amplitude des échantillons analogiques dans la partie utile du signal ` vidéo pour fournir un signal composite ayant le même ~; format gu'un signal vidéo.
De cette manière, si la période des !`~' 35échantillons sonores modulés dans le signal vidéo par : modulation d'amplitude d'impulsion est de 160 ` nanosecondes, ce qui est compatible avec les :,.
.,.. ~,~ , .. . . . ~ . 2 0 2 ~; r ~
video image for coding sound samples, this duration should be of the order of 8 seconds of sound phone quality per image frame for one channel for transmitting an analog video image signal 5 has a base bandwidth of 5 megahertz and a amplitude dynamics less than 50 dB.
This objective is achieved using a method for multiplexing an analog sound signal in an analog video signal with a 10 amplitude dynamics, in which the sound signal is multiplexed into a useful part of the video signal analog corresponding to a video image, characterized in that:
- we digitize the sound signal and use 15 flow compression techniques to achieve sequence of digital coding expressions;
- we temporarily store the sequence of numeric coding expressions to extract sequentially numeric sub-expressions of ~ 20coding at a frequency related to a frequency ; video signal line, each digital subexpression ~! coding with a predetermined number of elements ~ binaries based on signal amplitude dynamics `` j video;
', 25- we convert to analog form chague `numeric coding sub-expression extracted for provide analog samples whose level : of amplitude is proportional to the quantification of the digital coding sub-expression considered;
`30- an amplitude modulation of the analog samples in the useful part of the signal `video to provide a composite signal having the same ~; format as a video signal.
In this way, if the period of ! `~ '35 sound samples modulated in the video signal by : pulse amplitude modulation is 160 `nanoseconds, which is compatible with :,.
., .. ~, ~, ... . . ~.
3 2026766 caractéristiques des voies v?idéo existantes, il est possible de coder 8 secondes de son (32 kilobits/seconde par trame vidéo ; norme G 721) ou 4 secondes de son (64 kilobits/seconde par trame video ;
norme G 711), une trame de signal d'image vidéo représentant 1/50 seconde en mode "Pal-Secam").
` Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque sous-expression numérique de codage comporte de preférence quatre éléments binaires.
lQ De preférence, selon une caractéristique de l'invention, chaque expression numérique de codage comporte un nombre d'elements binaires multiple de - quatre et l'étape d'extraction des sous-expressions numeriques de codage comprend une etape de segmentation de l'expression numérique de codage en sous-expressions numériques de codage et d'ordonnancement des sous-` expressions numériques de codage.
De cette manière, bien que limité par la ~ dynamique d'amplitude du signal d'image vidéo, on peut 3 20 augmenter la résolution des échantillons numériques du , signal de séquence sonore. Par ailleurs, une marge de ~I securité vis-à-vis du bruit peut toujours etre ;~ conservee.
L'invention concerne aussi un système interactif de distribution d'images fixes sonorisées mettant en oeuvre le procede de codage selon ~~ l'invention, dans lequel on transmet simultanément par ;~ le même canal de transmission vidéo des elements `,<b d'images fixes et des élements de signal sonore de séquences sonores associés aux images fixes.
On connaît déjà des systémes de distribution interactifs d'images sonorisées.
Cependant, l'inconvenient majeur de ces systemes connus réside dans le fait que le transport des images et du son ce fait dans des voies séparées. Par ailleurs, ces systèmes connus ne sont pas compatibles avec le mode diffus~.
. :~. s~
.,, . ~, ',' "`. ,' ' ~ ~ , ~ ', ' ' 3 2026766 characteristics of existing video channels, it is possible to encode 8 seconds of sound (32 kilobits / second per video frame; G 721) or 4 seconds of sound (64 kilobits / second per video frame;
G 711), a video image signal frame representing 1/50 second in "Pal-Secam" mode).
`` According to another characteristic of the invention, each digital coding sub-expression preferably contains four binary elements.
lQ Preferably, according to a characteristic of the invention, each numerical coding expression contains a number of binary elements multiple of - four and the extraction step of the sub-expressions digital coding includes a segmentation step of the digital expression coding into subexpressions digital coding and scheduling of sub-`numeric coding expressions.
In this way, although limited by the ~ amplitude dynamics of the video image signal, we can 3 20 increase the resolution of the digital samples of the , sound sequence signal. In addition, a margin of ~ I noise security can always be ; ~ canned.
The invention also relates to a system interactive still image distribution implementing the coding method according to ~~ the invention, in which we transmit simultaneously by ; ~ the same video transmission channel of the elements `, <b of still images and sound signal elements of sound sequences associated with still images.
We already know interactive distribution of sound images.
However, the major drawback of these known systems is that the transport of images and its this done in separate ways. Furthermore, these known systems are not compatible with the mode diffuse ~.
. : ~. s ~
. ,,. ~, ','"`.,'' ~ ~, ~ ',''
4 2 02 En conséquence, un autre objectif de l'invention est de proposé un système interactif de distribution d'images fixes sonorisées utilisant une voie de transmission unique vidéo et pouvant assurer 25 consultations d'images simultanément par secondes avec au moins 8 secondes de son (qualite téléphonique norme G 721 du CCITT) associees a chacune des images fixes.
Cet objectif est atteint a l'aide d'un systeme interactif de distribution d'images fixes sonorisées diffusant les images fixes associées aux séquences sonores par l'intermédiaire d'un réseau de vidéo-communication vers une pluralite de terminaux de reception, caractérise en ce qu'il comprend :
- des premiers moyens de mémorisation d'une pluralité d'ensembles d'éléments d'images numérisées, - des seconds moyens de mémorisation d'une pluralit~ de suites d'expressions de codage d'un signal de séquences sonores numérisé, chaque image eétant associée à une séquence sonore, - des moyens d'extraction reliés aux premier ~ et second moyen de mémorisation pour extraire de !¦ manière alternative un ensemble d'éléments d'images d'une image numerisée correspondant a une trame d'image ~ 25 et une suite d'expressions de codage correspondant à
.~ une séquence sonore d'une durée prédéterminée, .' - des moyens de conversion numérique analogique reliés audit moyen de mémorisation pour . convertir sous ~forme analogique de façon alternative ; 30 l'ensemble d'éléments d'images et la suite d'expressions de codage, . - des moyens de codage vidéo reliés aux .. : moyens de conversion numérique analogique pour fournir un signal d'image vidéo analogique composite comportant " 35 alternativement une trame d'éléments d'image et une . trame d'expressions de codage.
;
:
, :`
i 4 2 02 As a result, another goal of the invention is to propose an interactive system of distribution of fixed sound images using a single video transmission channel capable of providing 25 simultaneously viewing images per second with at least 8 seconds of sound (telephone quality CCITT standard G 721) associated with each of the images fixed.
This objective is achieved using a interactive still image distribution system with sound broadcasting the still images associated with sound sequences via a network of video communication to a plurality of terminals reception, characterized in that it includes:
- the first means of memorizing a plurality of sets of digitized image elements, - second means for storing a plurality of sequences of signal coding expressions digitized sound sequences, each image being associated with a sound sequence, - extraction means connected to the first ~ and second storage means for extracting from ! Alternative alternatively a set of image elements of a digitized image corresponding to an image frame ~ 25 and a series of coding expressions corresponding to . ~ a sound sequence of a predetermined duration, . ' - digital conversion means analog connected to said storage means for . convert to ~ analog form alternatively ; 30 the set of picture elements and the following coding expressions, . - video coding means connected to ..: means of digital to analog conversion to provide a composite analog video image signal comprising "35 alternately a frame of picture elements and a . frame of coding expressions.
;
:
, : `
i
5 20267 66 De préférence, selon une caractéristique du système interactif de distribution d'images fixes sonorisées selon l'invention le terminal de réception comprend S - des moyens de conversion analogique numérique pour convertir numériquement le signal d'image vidéo analogique en composants d'élément d'image, ~ - des moyen d'aiguillage reliés aux moyens de `. 10 conversion analogique numérique, commandés par un signal de trame pour isoler un ensemble d'éléments d'image numérisée d'une trame d'image et une suite d'expressions de codage d'une séquence sonore numerisée . associée, multiplexés dans la trame d'image adjacente, - des moyens de mémorisation reliés aux ` moyens d'aiguillage pour mémoriser alternativement ;j selon la commande du signal de trame, l'ensemble : d'éléments d'image et la suite d'expressions de codage, ~ - des moyens de conversion numérique .~. 20 analogique reliés aux moyens de memorisation pour délivrer un signal sonore analogique a partir de la suite d'expressions de codage.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné a titre illustratif et non limitatif et des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 represente de façon schématique .~ un systéme interactif de distribution d'images fixes . 30 sonorisees, - la figure 2 représente de façon schematique ~ un dispositif de multiplexage de sequences sonores dans '. un signal vidéo analogique selon l'invention dans ; lequel le signal de séquence sonore est numerise sur quatre eléments binaires, - la figure 3 represente de façon schematique . . .
: un dispositif de multiplexage de sequences sonores, ' Q~
. . ' . 5 20 267 66 Preferably, according to a characteristic of the interactive still image distribution system according to the invention the reception terminal understands S - analog conversion means digital to digitally convert the signal analog video frame into element components image, ~ - referral means connected to the means of `. 10 analog to digital conversion, controlled by a frame signal to isolate a set of elements digitized image of an image frame and a suite coding expressions of a digitized sound sequence . associated, multiplexed in the adjacent image frame, - storage means linked to `referral means for storing alternately ; j depending on the frame signal command, the set : picture elements and the sequence of coding expressions, ~ - digital conversion means . ~. 20 analog connected to the storage means for deliver an analog sound signal from the sequence of coding expressions.
The invention will be better understood using of the description which will follow in a preferential realization of the invention given as illustrative and not limiting and attached drawings wherein :
- Figure 1 shows schematically . ~ an interactive still image distribution system . 30 sound systems, - Figure 2 shows schematically ~ a device for multiplexing sound sequences in '. an analog video signal according to the invention in ; which the sound sequence signal is digitized on four binary elements, - Figure 3 shows schematically . . .
: a device for multiplexing sound sequences, 'Q ~
. . '.
6 202~
correspondant à celui de la figure 2, dans lequel le signal de séquence sonore est numerisé sur huit éléments binaires, - la figure 4 represente de façon schématique .un .terminal pour le décodage du signal sonore multiplexé dans la voie vidéo selon l'invention.
Comme visible sur la figure 1, le systeme interactif de distribution d'images fixes sonorisees comporte un site serveur constitué d'une part d'un serveur télématique 220 relié par le réseau téléphonique commuté 210 à une pluralité de terminaux télématiques 200 et d'autre part un serveur audio-visuel 230 relié par un réseau de vidéo-communication, par exemple le réseau large bande 270, a une pluralité
de terminaux de réception vidéo d'images sonorisées 280, 290 associés a la pluralité de terminaux l télématiques 200.
j Le serveur audio-visuel 230 est par ailleurs relié a des moyens de stockage d'une base ~ 20 documentaire d'images fixes 230 mémorisees sous forme Yi numérique (par exemple sous la forme de pixel d'image ~ij codé en composantes couleur sur douze eléments binaires o dont quatre pour la composante rouge (R), guatre pour la composante verte (V), quatre pour la composante bleue (B) ou codé en composantes de luminance (Y) et de ; chrominance (D2,DB) sur douze éléments binaires dont sept pour la composante de luminance (Y) et cinq pour ; la composante de chrominance (DR/DB)) et a des moyens ;~ de stockage d'une base documentaire de séquences :; 30 sonores 250 mémorisées aussi sous forme numérique (par - exemple 50U5 la forme d'échantillons numériques du signal sonore échantillonné codés sur quatre eléments .: binaires correspondant a une qualité sonore téléphonique).
3S A chaque image fixe de la base . documentaire d'images est associee une séquence sonore de la base documentaire de séquences sonores servant de "
,~
2a2~7~
commentaire de l'image fixe. L'image étant fixe, on transmet par le canal de vidé~-communication au moyen d'un codeur "Pal-Secam" 260 relié au serveur audio-- visuel une seule trame d'image par image, la seconde trame étant utilisée pour l'insertion par multiplexage de la sequence sonore associée.
La consultation d'une image fixe sonorisée par un usager s'effectue de la maniere suivante. L'usager se met en communication avec le serveur télématique 220 au moyen du terminal télématique 200 pour lui fournir son code d'identification personnel ainsi que le numéro de l'image fixe qu'il désire visualiser sur le poste de réception vidéo 290.
Le serveur audiovisuel 230 comportant un plan mémoire d'images fixes sonorisees alimenté par les moyens de stockage des bases documentaires 240, 250 met a jour en permanence le plan mémoire d'images fixes sonorisées ~on fonction des informations que lui délivre le serveur télématique. Par ailleurs, chaque image fixe chargée dans le plan mémoire contient sous forme codée le code d'identification de l'usager desirant la visualiser.
Le serveur audiovisuel diffuse alors les ~ 25 images fixes sonorisées en lisant cycliquement le plan ; mémoire. Le signal d'image vidéo transmis comporte de façon codée pour une image fixe sonorisée une trame ` d'image relative aux informations d'image et une trame - de "pseudo-imag~e" relative aux informations de la séquence sonore multiplexée dans le signal vidéo. Ce ` signal vidéo composite est reçu par un terminal 280 ` relié au poste vidéo de réception d'images 2gO pour décoder les informations d'image contenues dans une ~ trame d'image et les informations sonores multiplexées - 35 dans une trame d'image adjacente. L'image fixe est identifiée au niveau du terminal 280 par reconnaissance du code usager et est affichée au niveau du poste de . ~ .
~ ., .. ;, .. , . . . , , ... , . ,.. ,, ...... , , :
202~
reception d'image vidéo 290, tandis que les - informations sonores décodees sont delivrées a l'usager en tant que commentaire de l'image fixe affi~hée.
Nous allons décrire maintenant le procedé de multiplexage du signal son~re dans le signal vidéo analogique qui est transmis par le serveur audiovisuel 230 en se reportant aux figures 2 et 3.
Comme visible en figure 2, le signal de séquences sonores est appliqué à l'entrée d'un convertisseur analogique numérique 10 pour être échantillonné à une fréquence d'échantillonnage de huit KH2 par exemple.
Le niveau d'amplitude de chaque échantillon sonore peut être codé de façon connue sur 12 éléments binaires définissant un niveau de `l résolution déterminé.
Un signal d'image vidéo analogique est ; composé d'une succession de lignes d'images d'une durée utile de 52 microsecondes. la dynamique d'amplitude du ~.
signal video analogique est de l'ordre de 50 dB. Compte ~, tenu de cette dynamique d'amplitude et selon la loi de quantification, on peut différencier seize niveaux différents d'amplitude du signal dans la partie du signal correspondant à la ligne utile d'une image vidéo ~ 25 tout en assurant une marge suffisante de sécurité vis--` a-vis du bruit. ~a marge de sécurité ainsi obtenue est de 24 dB. Par conséquent, le niveau d'amplitude d'une impulsion modulee dans la ligne utile du signal d'image vidéo analogique peuti correspondre à une valeur de -` 30 quantification exprimée sur quatre éléments binaires.
-~ Préalablement a la conversion analogique numérique du signal de séquences sonores, on effectue une compression de débit en utilisant soit un algorithme logarithmique, soit un algorithme du type "ADPCM" ("ADAPTATIVE DIFFERENTIAL PULSE CODE
- MODULATION") pour obtenir en sortie du convertisseur 10 :., , ~
:
,,'1 :
~ 202~7~
une suite d'expressions oe codage comportant 4 elements binaires representatifs des échantillons sonores.
La suite d'expressions de codage est ensuite memorisée dans un moyen de mémorisation temporaire 20 dont la capacité est telle que la continuité de la séquence sonore est assuree.
La memoire temporaire 20 contient donc une suite d'expressior.s de codage exprimee sur 4 eléments binaires. On extrait sequentiellement de la ;0 mémoire temporaire 20, dans l'ordre de leur memorisation, chaque e~pression de codage a une fréguence égale ou sous 3ultiple de la fréquence ligne du signal video an~logique pour attaquer un convertisseur numérique znalogique 60 d'une resolution , de 4 bits et dont lz fréquence de conversion est ` superieure a 12 MHz.
Le conver isseur numerique analogique 60 peut être du type "AD9/ 02" de "ANALOG DEVICES". Le convertisseur numérique analogique 60 délivre des 23 impulsions ou échantillo-.s analogiques dont l'amplitude est proportionnelle à la quantification des expressions de codage. les échantill-~s analogiques sont substitues aux eléments composantes couleurs de l'image vidéo pour être multiplexés dans le signal d'imase vidéo ` ~ analogique par un codeu~ sequentiel 40 du type "PAL-SEC~ - NTSC" ou analo~:a pour leur diffusion sur une canal de transmission vi_eo.
De façon -referentielle, le multiplexage des sequences sonores c_ns le signal video analogique se fait une trame d'im-~e sur deux, la seconde trame etant réservée au coda~e des éléments d'image d'une image fixe a diffuser CG__2 decrit precédemment.
Un multip7exeur 30 est couple entre la ~ mémoire temporaire 20 _t le convertisseur numérique ,~ ~ analogique 60. le multip'exeur 30 est relié en entrée a c~i une mémoire 50 d'élemer.-s d'image (pixels) numeriques ~; correspondant, soit aux composantes couleurs RVB soit ."~
10 2~26r~6 aux composantes luminance et chrominance, codees sur douze éléments binaires. Le Multiplexeur 30 synchronisé
sur une fréquence de trame d'image vidéo restitue alternativement aux convertisseurs 60 soit des echantillons sonores, soit des élements d'image a chaque trame d'image. de cette manière, on utilise les mêmes voies du multiplexeur 60 pour le codage des images et des séquences sonores. On voit que de maniere avantageuse, la capacite de la mémoire temporaire 20 correspondra à la mémorisation d'une suite d'expressions de codage à insérer dans une trame ; d'image vidéo. Cette memoire de trame pourra être ; constituée de composants de mémoire vive du type "N43 256 C" de "NEC".
- 15 Dans le cas du système de distribution d'images fixes sonorisées, les expressions de codage - relatives au signal de sequences sonores sont préalablement mémorisées dans le moyen de stockage 230 et par conséquent le signal de séquence sonore n'est pas numerisé en temps reel. De même, la mémoire temporaire 20 pourra avoir une capacite de 128 kilos mots de 4 bits pour permettre la distribution de 25 - images par seconde avec pour chacune d'elle 8 secondes de séquence sonore de qualité teléphonique.
On prévoit de façon avantageuse, une base de temps 70 constituant moyen d'extraction, reliée a la mémoire temporaire 20 d'expressions de codage et a la mémoire d'éléments d'image 50 pour sélectionner de maniere alternative l'une ou l'autre des mémoires en ~ 30 fonction d'un signal de synchronisation de trame.
- En sortie du convertisseur analogique numérique 10, le signal de séquence sonore peut être numérisé sous la forme d'une suite d'expressions de ` codage comportant huit éléments binaires par un procédé `~
de numérisation et de compression par réduction de -; débit binaire du type loi logarithmique A type G711 du ` "CCITT". Cette expression de codage ne peut être .~, , .
-- 2 0 2 6 ~ 6 6 .
multiplexée directement sous forme impulsionnelle dans le signal d'image vidéo étant donné la dynamique d'amplitude limitée de ce dernier. Les expressions de codage ainsi obtenues sont mémorisées dans la mémoire temporaire 20, comme décrit precédemment, sous forme d'octets. En sortie de la memoire temporaire 20, on realise une segmentation de l'expression de codage en deux sous-expressions de codage comportant chacune quatre éléments binaires correspondant respectivement aux poids forts et aux poids faibles de l'expression de codage. Cette segmentation est obtenue à l'aide de deux registres à decalage 25,26, par exemple, alimentés par la mémoire temporaire 20. ces registres à décalage, 25, 26 fonctionnent de maniere à fournir successivement au multiplexeur 30 une premiere sous-expression de codage ; délivrée par le registre 25 correspondant par exemple aux bits de poids forts de l'expression de codage et une seconde sous-expression de codage delivrée par le registre 26 correspondant aux bits de poids faibles de l'expression de codage, chaque sous-expression de ` codage comportant quatre eléments binaires. Dans ce cas, les registres a décalage fonctionnent à une ~` fréquence moitié de la fréquence ligne.
Chacune des sous-expressions de codage 25 ainsi obtenue est fournie comme précédemment au convertisseur numérique analogique 60 pour être ~' multiplexée dans le signal d'image vidéo. On pourra avantageusement coder dans le signal d'image vidéo des expressions de codage issues de la numérisation d'un signal sonore dont la taille en elements binaires est `, supérieure a 8 éléments binaires en appliquant le même ~` procédé.
; Selon ce procédé, a chaque expression de codage codee sur huit eléments binaires on fait correspondre un couple d~échantillons analogiques du type signal impulsionnel delivre par le convertisseur numérique analogique 60 dont le cumul des niveau .~.,, ';~
'`"' ::
, .
~ 20~67~6 d'amplitude correspond à la quantification de l'expression de codage.
De façon avantageuse l'expression de codage comportera un nombre d'élements binaires multiple de quatre pour faciliter le traitement au niveau de la segmentation.
Le signal d'image vidéo analogique fourni par le codeur 40 comporte une su~cession de trames correspondant alternativement à une trame d'image et à une trame de pseudo-image, la trame de pseudo-image comportant les échantillons sonores multiplexés.
Ce signal d'image vidéo analogique "composite" est reçu par un terminal 280 relié au poste de réception de visualisation d'image vidéo 290 comme visible en figure 1.
Le terminal 280 à pour rôle de restituer d'une part les éléments d'image insérés dans une première trame et les éléments de son multiplexés dans une seconde trame adjacente.
Le signal d'image vidéo composite reçu a l'entrée du terminal 280 est décodé en composantes couleurs RVB par un décodeur 140 "Pal-Secam" par ` exemple, comme visible en figure 4.
`~ 25 Les signaux RVB sont numérises par des ^ convertisseurs analogiques numériques 160 qui délivrent une suite de mots binaires de quatre bits. La suite de mots binaires est segmentée en deux trames de suite de mots binaires, l'une correspondant a une trame d'image, ;A 30 l'autre correspondant à une trame de pseudo-image, la segmentation étant commandée par un multiplexeur 130 du ` type "74 157" de "TEXAS INSTRUMENTS" formant moyen `~ d'aiguillage. le multiplexeur 130 est alimenté par un signal de trame paire/impaire fourni par une base de temps 100 du type extracteur de synchronisation video . "LM 1881" de "N.S". Les donnees numérisées aiguillées ~ par le multiplexeur 130 sont mémorisées respectivement .,' ~ , ~
2 0 ~ 6 dans une mémoire de trame d'image 150 pour ce qui concerne les éléments d'image et une mémoire trame son 120 pour ce qui concerne les expressions de codage relatives a une sequence sonore. De façon préférentielle, la taille de la mémoire trame image 150 est de 256 kilos octets et la taille de la mémoire trame son est de 128 kilos mots de 4 bits.
La base de temps 100 reliée à la mémoire de trame son 120 autorise une écriture d'expressions de codage dans la mémoire 120 à une fréquence de 6 MHz moitié de la frequence pixel, ce qui correspond à une periode d'échantillon de 160 nanosecondes et autorise une lecture des expressions de codage contenues dans la mémoire trame son 120 a une fréquence d'échantillonnage sonore de 8 KHz, lesquelles sont fournies a un décodeur ', 110.
Dans le cas d'une transmission d'échantillons sonores correspondant à une expression ` de codage exprimée sur huit éléments binaires, les `, 20 sous-expressions de codage exprimées sur quatre éléments binaires délivrés par les convertisseurs analogiques numériques 60 sont places séquentiellement dans la mémoire de trame son, les octets correspondant aux expressions de codage sont sérialisés pour alimenter un codeur décodeur son avec filtrage 110 du type "TCR 2913" de "TEXAS INSTRUMENTS" qui converti ` sous forme analogique les expressions de codage et délivre un signal sonore analogique correspondant.
L'utilisation des mémoire de trame 150, 120 présente l'avantage de "geler" le contenu d'une image, c'est à dire une trame image et un trame son et ~ de pouvoir répéter autant que nécessaire la séquence ; sonore.
;
i~ Comme cela a été mentionné précedemment, la période des échantillons analogiques est de 160 ` nanosecondes. Une telle période revient a inscrire '' ;
.
~2~7~ :3 chaque sous-expression numérique de codage dans deux élements numériques d'image vidéo (pixels).
Ainsi, dans le moyen de stockage 230, chaque sous-expression numérique de codage est dupliquée dans deux mots mémoire correspondant a deux éléments numériques d'image vidéo pour s'affranchir des performances du dispositif de restitution du signal sonore.
Bien entendu, on peut prévoir d'inscrire chaque sous-expression numerique de codage dans plus de deux mots mémoire. Toutefois, on réduit la capacité de transport du canal vidéo.
Un probleme particulier du procédé de multiplexage selon l'invention réside dans le fait qu'on augmente le taux de corrélation du signal vidéo dû aux variations importantes du niveau d'amplitude des échantillons analogiques successifs. Pour rester compatible avec un systeme de codage vidéo du type SECAM, la bande passante du signal de luminance doit être de 1'ordre de 2,5MHz. Pour respecter la bande - passante du signal de luminance, on effectue une interpolation entre les sous-expressions numériques de ~ codage adjacentes. L'interpolation consiste à remplacer ;; la valeur d'une des sous-expressions numériques de codage inscrites dans des doublets de pixels par une J valeur moyenne de niveau d'amplitude correspondant à la moyenne des niveaux d'amplitude de deux sous-expressions numériques de codage adjacentes. Cette opération revient à rèaliser un filtrage numérique qui `~ 30 permet d'atténuer les spectres de repliement de ; fréquences qui engendrent des interférences entre les - échantillons analogiques sonores dans le signal vidéo.
dans le prolongement de ce perfectionnement on peut réaliser une double interpolation lorsque chaque sous-expression de codage est inscrite dans trois pixels pour augmenter encore plus la qualité de restitution du signal sonore.
, .
202~
.
. Bien entendu, l'invention n'est pas ` limitée à l'exemple ci-dessus decrit et on pourra . avantageusement prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
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~.......................................................................... . 6,202 ~
corresponding to that of FIG. 2, in which the audio sequence signal is digitized to eight binary elements, - Figure 4 shows schematically .a terminal for the decoding of the sound signal multiplexed in the video channel according to the invention.
As shown in Figure 1, the interactive still image distribution system sonorisees has a server site consisting of a part of a telematic server 220 connected by the network switched telephone 210 to a plurality of terminals telematics 200 and secondly an audio server-visual 230 connected by a video communication network, for example the broadband network 270, has a plurality video reception terminals for sound images 280, 290 associated with the plurality of terminals l telematics 200.
j The audio-visual server 230 is elsewhere connected to a base storage means ~ 20 documentary of still images 230 stored in the form Digital Yi (for example as an image pixel ~ ij coded in color components on twelve binary elements o including four for the red component (R), guatre for the green component (V), four for the component blue (B) or coded as luminance (Y) and ; chrominance (D2, DB) on twelve binary elements including seven for the luminance component (Y) and five for ; the chrominance component (DR / DB)) and has means ; ~ storage of a documentary base of sequences :; 30 sounds 250 stored also in digital form (for example - example 50U5 the form of digital samples of the sampled sound signal coded on four elements .: binaries corresponding to sound quality telephone).
3S At each still image of the base . documentary of images is associated with a sound sequence of the documentary base of sound sequences serving as "
, ~
2a2 ~ 7 ~
still image comment. The image being fixed, we transmits through the video ~ -communication channel using a "Pal-Secam" 260 encoder connected to the audio server - visual only one frame of image per image, the second frame being used for insertion by multiplexing of the associated sound sequence.
Viewing a still image sounded by a user is carried out in the manner next. The user communicates with the telematic server 220 using the terminal telematics 200 to provide it with its code personal identification as well as the the fixed image that he wishes to view on the video reception 290.
The audiovisual server 230 comprising a memory plan of still images with sound powered by storage facilities for document databases 240, 250 met permanently update the memory plan of still images with sound ~ depending on the information it provides the telematics server. In addition, each still image loaded into memory plan contains in coded form the identification code of the user wishing to view.
The audiovisual server then broadcasts the ~ 25 still images with sound by cyclically reading the plan ; memory. The transmitted video image signal includes coded for a still image with a frame `image related to image information and a frame - "pseudo-imag ~ e" relating to information from the multiplexed sound sequence in the video signal. This `composite video signal is received by a terminal 280 `connected to the 2gO image reception video station for decode the image information contained in a ~ picture frame and multiplexed sound information - 35 in an adjacent image frame. The still image is identified at terminal 280 by recognition user code and is displayed at the extension . ~.
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202 ~
video image reception 290, while - decoded sound information is delivered to the user as a comment for the still image displayed.
We will now describe the sound signal multiplexing process ~ re in the signal analog video which is transmitted by the server audiovisual 230 with reference to Figures 2 and 3.
As shown in Figure 2, the signal sound sequences is applied to the input of a analog to digital converter 10 to be sampled at a sampling frequency of eight KH2 for example.
The amplitude level of each sound sample can be coded in a known manner on 12 binary elements defining a level of `l resolution determined.
An analog video image signal is ; composed of a succession of image lines of duration useful time of 52 microseconds. the amplitude dynamics of the ~.
analog video signal is around 50 dB. Account ~, given this amplitude dynamic and according to the law of quantification, we can differentiate sixteen levels signal amplitude in the part of the signal corresponding to the useful line of a video image ~ 25 while ensuring a sufficient margin of safety vis--to noise. ~ a safety margin thus obtained is 24 dB. Therefore, the amplitude level of a pulse modulated in the useful line of the image signal analog video can correspond to a value of -`30 quantization expressed on four binary elements.
- ~ Before analog conversion digital signal of sound sequences, we perform flow compression using either a logarithmic algorithm, i.e. an algorithm of the type "ADPCM"("ADAPTATIVE DIFFERENTIAL PULSE CODE
- MODULATION ") to obtain at the output of the converter 10 :., , ~
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~ 202 ~ 7 ~
a series of coding expressions comprising 4 elements representative binaries of sound samples.
The sequence of coding expressions is then stored in a temporary storage means 20 whose capacity is such that the continuity of the sound sequence is assured.
Temporary memory 20 therefore contains a series of coding expressions expressed on 4 binary elements. We extract sequentially from the ; 0 temporary memory 20, in the order of their memorization, each coding press has a frequency equal to or less than 3 times the line frequency of the logical video signal to attack a 60 digital resolution znalog converter , 4 bits and whose conversion frequency is greater than 12 MHz.
The analog digital converter 60 can be of type "AD9 / 02" of "ANALOG DEVICES". The digital to analog converter 60 delivers 23 analog pulses or samples whose amplitude is proportional to the quantification of expressions coding. analog samples are substituted to the color components of the video image for be multiplexed into the video imase signal `~ analog by a sequential coder 40 of the" PAL- type SEC ~ - NTSC "or analog ~: a for their broadcast on a vi_eo transmission channel.
In a referential way, multiplexing sound sequences c_ns the analog video signal is done a screen of im ~ e on two, the second frame being reserved for coda ~ e image elements of a still image to broadcast CG__2 described above.
A multip7exer 30 is coupled between the ~ temporary memory 20 _t digital converter , ~ ~ analog 60. the multip'exeur 30 is connected at input a c ~ i a memory 50 of digital image (pixels) ~; corresponding to either the RGB color components or . "~
10 2 ~ 26r ~ 6 to the luminance and chrominance components, coded on twelve binary elements. Synchronized Multiplexer 30 on a frame rate of video image restored alternatively to converters 60 either sound samples, i.e. picture elements a each image frame. in this way we use the same channels of multiplexer 60 for coding the images and sound sequences. We can see that in a way advantageous, the capacity of the temporary memory 20 will correspond to the memorization of a sequence coding expressions to insert into a frame ; video image. This frame memory can be ; made up of "N43" RAM components 256 C "from" NEC ".
- 15 In the case of the distribution system of still images with sound, coding expressions - relating to the signal of sound sequences are previously stored in the storage means 230 and therefore the sound sequence signal is not not digitized in real time. Similarly, memory temporary 20 may have a capacity of 128 kilos 4-bit words to allow distribution of 25 - frames per second with 8 seconds for each of telephone quality sound sequence.
Advantageously, a time base 70 constituting means of extraction, connected has temporary memory 20 of coding expressions and has the picture element memory 50 for selecting from alternatively one or the other of the memories in ~ 30 function of a frame synchronization signal.
- At the output of the analog converter digital 10, the sound sequence signal can be digitized as a series of expressions by `coding comprising eight binary elements by a process` ~
scanning and compression reduction -; bit rate of logarithmic law type A type G711 of `" CCITT ". This coding expression cannot be . ~, , .
- 2 0 2 6 ~ 6 6 .
directly multiplexed in impulse form in the video image signal given the dynamic of limited amplitude of the latter. The expressions of coding thus obtained are stored in the memory temporary 20, as described above, in the form bytes. At the output of the temporary memory 20, we performs a segmentation of the coding expression into two coding sub-expressions each with four corresponding bits respectively at the high and low weights of the expression of coding. This segmentation is obtained using two shift registers 25.26, for example, powered by temporary memory 20. these shift registers, 25, 26 operate in such a way as to successively supply the multiplexer 30 a first coding sub-expression ; issued by the corresponding register 25 for example to the most significant bits of the coding expression and a second coding sub-expression issued by the register 26 corresponding to the least significant bits of the coding expression, each subexpression of `coding with four binary elements. In this case, the shift registers operate at a ~ `frequency half the line frequency.
Each of the coding sub-expressions 25 thus obtained is supplied as previously to digital to analog converter 60 to be ~ 'multiplexed into the video image signal. We will be able to advantageously code in the video image signal coding expressions resulting from the digitization of a sound signal whose size in binary elements is `, greater than 8 binary elements by applying the same ~ `process.
; According to this method, each expression of coding coded on eight binary elements we do match a couple of analog samples from the pulse signal type delivered by the converter digital analog 60 whose cumulative level . ~. ,, '; ~
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~ 20 ~ 67 ~ 6 amplitude corresponds to the quantification of the coding expression.
Advantageously the expression of coding will include a number of binary elements multiple of four to facilitate treatment at level of segmentation.
Analog video image signal provided by the encoder 40 includes a su ~ assignment of frames alternately corresponding to a frame image and a pseudo-image frame, the frame of pseudo-image including sound samples multiplexed.
This analog video image signal "composite" is received by a terminal 280 connected to the station 290 video image viewing reception as visible in figure 1.
The role of terminal 280 is to restore on the one hand the picture elements inserted in a first frame and the multiplexed sound elements in a second adjacent frame.
The received composite video image signal has the input of terminal 280 is decoded into components RGB colors by a 140 "Pal-Secam" decoder by `example, as visible in figure 4.
`~ 25 RGB signals are digitized by ^ 160 digital analog converters that deliver a series of four-bit binary words. Following binary words is segmented into two consecutive frames of binary words, one corresponding to an image frame, The other corresponding to a pseudo-image frame, the segmentation being controlled by a multiplexer 130 of the `type" 74 157 "of" TEXAS INSTRUMENTS "forming means `~ referral. the multiplexer 130 is powered by a even / odd frame signal supplied by a base time 100 of the video synchronization extractor type . "LM 1881" from "NS". Pointed digital data ~ by the multiplexer 130 are stored respectively ., ' ~, ~
2 0 ~ 6 in an image frame memory 150 for which concerns the picture elements and a soundtrack memory 120 for coding expressions relating to a sound sequence. In a way preferential, the size of the image frame memory 150 is 256 kilobytes and the size of the memory soundtrack is 128 kilos 4-bit words.
The time base 100 connected to the memory of frame 120 sound authorizes a writing of expressions of coding in memory 120 at a frequency of 6 MHz half the pixel frequency, which corresponds to a 160 nanosecond sample period and allows a reading of the coding expressions contained in the sound frame memory 120 has a sampling frequency 8 KHz sound, which are supplied to a decoder ', 110.
In the case of a transmission of sound samples corresponding to an expression `of coding expressed on eight binary elements, the `, 20 out of four coding sub-expressions binary elements delivered by converters analog digital 60 are placed sequentially in the sound frame memory, the corresponding bytes to coding expressions are serialized for supply a sound decoder encoder with 110 filtering type "TCR 2913" from "TEXAS INSTRUMENTS" which converts `in analog form the coding expressions and delivers a corresponding analog sound signal.
The use of frame memories 150, 120 has the advantage of "freezing" the content of a image, i.e. an image frame and a sound frame and ~ to be able to repeat the sequence as much as necessary ; sound.
;
i ~ As mentioned earlier, the period of the analog samples is 160 `nanoseconds. Such a period amounts to registering '';
.
~ 2 ~ 7 ~: 3 each numeric coding sub-expression in two digital video image elements (pixels).
Thus, in the storage means 230, each numeric coding sub-expression is duplicated in two memory words corresponding to two digital video image elements to overcome signal restitution performance sound.
Of course, we can plan to write each numeric coding sub-expression in more than two memory words. However, the ability to transport of the video channel.
A particular problem of the process of multiplexing according to the invention resides in the fact increase the video signal correlation rate due to significant variations in the amplitude level of the successive analog samples. To stay compatible with a video coding system of the type SECAM, the bandwidth of the luminance signal must be of the order of 2.5 MHz. To respect the band - passing of the luminance signal, a interpolation between the numeric sub-expressions of ~ adjacent coding. Interpolation consists of replacing ;; the value of one of the numeric sub-expressions of coding written in doublets of pixels by a J mean value of amplitude level corresponding to the mean amplitude levels of two sub-Adjacent numeric coding expressions. This operation amounts to performing digital filtering which `~ 30 makes it possible to attenuate the folding spectra of ; frequencies that cause interference between - analog sound samples in the video signal.
as an extension of this improvement we can perform a double interpolation when each sub-coding expression is written in three pixels to further increase the quality of restitution of the sound signal.
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202 ~
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. Of course, the invention is not `limited to the example above and we can . advantageously provide other variants without this is outside the scope of the invention.
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Claims (8)
- on numérise le signal sonore et on utilise des techniques de compression de débit pour obtenir une suite d'expressions numériques de codage;
- on mémorise temporairement la suite d'expression numériques de codage pour extraire séquentiellement des sous-expressions numériques de codage à une fréquence en rapport avec une fréquence ligne du signal vidéo, chaque sous-expression numérique de codage comportant un nombre prédéterminé d'éléments binaires fonction de la dynamique d'amplitude du signal vidéo;
- on convertit sous forme analogique chaque sous-expression numérique de codage extraite pour fournir des échantillons analogiques ayant un niveau d'amplitude proportionnel à une quantification de la sous-expression numérique de codage considérée;
- on impose une modulation d'amplitude des échantillons analogiques dans la partie utile du signal vidéo pour fournir un signal composite ayant un format de signal vidéo. 1. A process for multiplexing a sound signal analog in an analog video signal having a amplitude dynamics in which the sound signal is multiplied in a useful part of the video signal corresponding to a video image, characterized in that:
- we digitize the sound signal and use flow compression techniques to get a sequel digital coding expressions;
- we temporarily store the expression sequence digital coding to sequentially extract digital coding sub-expressions at a frequency in relation to a line frequency of the video signal, each digital coding subexpression with number predetermined binary elements depending on the dynamics amplitude of the video signal;
- each sub- is converted into analog form numeric coding expression extracted to provide analog samples with amplitude level proportional to a quantification of the sub-expression digital coding considered;
- an amplitude modulation of the samples is imposed analog in the useful part of the video signal for providing a composite signal having a video signal format.
- des premiers moyens de mémorisation d'une pluralité
d'ensembles d'éléments d'images numérisées, - des seconds moyens de mémorisation d'une pluralité de suites d'expressions de codage d'un signal de séquences sonores numérisé, chaque image étant associée à une séquence sonore, - des moyens d'extraction reliés aux premier et second moyens de mémorisation pour extraire de manière alternative un ensemble d'éléments d'images d'une image numérisée correspondant à une trame d'image et une suite d'expressions de codage correspondant à une séquence sonore d'une durée prédéterminée, - des moyens de conversion numérique analogique reliés auxdits moyens de mémorisation pour convertir sous forme analogique de façon alternative l'ensemble d'éléments d'images et la suite d'expressions de codage, - des moyens de codage vidéo reliés aux moyens de conversion numérique analogique pour fournir un signal d'image vidéo analogique composite comportant alternativement une trame d'éléments d'image et une trame d'expressions de codage. 7. Interactive image distribution system sound systems broadcasting still images associated with sound sequences via a video network communication to a plurality of reception terminals, characterized in that it comprises:
- first means of memorizing a plurality sets of digitized image elements, - second means for storing a plurality of sequences of coding expressions of a sequence signal digital sound, each image being associated with a sequence sound, - extraction means connected to the first and second storage means for alternative extraction a set of image elements of a scanned image corresponding to an image frame and a series of expressions coding corresponding to a sound sequence of a duration predetermined, - digital to analog conversion means connected to said storage means for converting into analog alternatively the set of elements images and the sequence of coding expressions, - video coding means connected to the means of digital to analog conversion to provide a signal composite analog video image comprising alternately a frame of picture elements and a frame of coding expressions.
- des moyens de conversion analogique numérique pour convertir numériquement le signal d'image vidéo analogique en composants d'élément d'image, - des moyen d'aiguillage reliés aux moyens de conversion analogique numérique, commandés par un signal de trame pour isoler un ensemble d'éléments d'image numérisée d'une trame d'image et une suite d'expressions de codage d'une séquence sonore numérisée associée, multiplexée dans une trame d'image adjacente, - des moyens de mémorisation reliés aux moyens d'aiguillage pour mémoriser alternativement selon une commande du signal de trame, l'ensemble d'éléments d'image et la suite d'expressions de codage, - des moyens de conversion numérique analogique reliés aux moyens de mémorisation pour délivrer un signal sonore analogique à partir de la suite d'expressions de codage. 8. The system of claim 7, wherein a reception terminal includes:
- analog-to-digital conversion means for digitally convert analog video image signal into picture element components, - referral means connected to the means of analog to digital conversion, controlled by a signal frame to isolate a set of digitized image elements an image frame and a sequence of coding expressions an associated digitized sound sequence, multiplexed in an adjacent image frame, - storage means connected to the means switch to memorize alternately according to a frame signal control, the set of picture elements and the sequence of coding expressions, - digital to analog conversion means connected to the storage means for delivering an audible signal analog from the sequence of coding expressions.
Priority Applications (1)
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CA 2026766 CA2026766C (en) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Method for multiplexing an audio signal and an analogue video signal and sound still picture distribution system |
Applications Claiming Priority (1)
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