FR2664455A1 - Procede et dispositif de regulation de codeurs decodeurs d'images a debit ajustable adaptes aux magnetoscopes. - Google Patents

Procede et dispositif de regulation de codeurs decodeurs d'images a debit ajustable adaptes aux magnetoscopes. Download PDF

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Abstract

Dans le procédé les images sont représentées par une suite de valeurs numériques quantifiées selon une échelle de quantification, puis codées par blocs en mode de codage inter ou intra-image avant d'être transmises à destination d'un magnétoscope au travers d'une mémoire tampon. Il consiste à transmettre les suites de valeurs numériques par groupes codés d'images en plaçant en début de chaque groupe une image codée en mode de codage intra et à ajuster (6... 19) le pas de quantification des valeurs numériques pour conserver un débit sensiblement constant à la sortie de la mémoire tampon pour ces groupes d'images. Application: Magnétoscope Numérique.

Description

Procédé et dispositif de régulation
de codeurs décodeurs d'images à
débit ajustable adaptés aux magnétoscopes
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de codeurs décodeurs d'images à débit ajustable adaptés aux magnétoscopes.
Les codeurs utilisés pour le codage d'images télévision ont la plupart du temps des débits fluctuants et ajustables de par leur principe de fonctionnement qui repose notamment sur l'emploi des codes à longueur variable. Cependant afin de pouvoir, soit transmettre des images, sur un canal de transmission, soit enregistrer des images sur un magnétoscope il est nécessaire de disposer d'un débit fixe. Cela oblige à ajouter une mémoire tampon entre la sortie du codeur à longueur variable et l'interface avec le réseau ou le magnétoscope.
Un exemple de réalisation correspondant, plus particulièrement adapté à la transmission d'images sur un canal de transmission est connu de la demande de brevet Français nO 2.633. 133, déposée au nom de la Demanderesse. Mais ce type de réalisation ne permet malheureusement pas d'assurer d'une part, la transmission des modes spéciaux des magnétoscopes que sont par exemple la recherche rapide ou la substitution d'images et d'autre part, les transmissions sur les réseaux de télévision sans que la qualité psychovisuelle des images reçues ne soit altérée.
Le but de l'invention est de pallier l'inconvénient précité.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de régulation de codeurs-décodeurs d'images à débit ajustable adaptés aux magnétoscopes suivant lequel les images sont représentées par une suite de valeurs numériques quantifiées selon une échelle de quantification, puis codées par blocs en mode de codage inter ou intra-image avant d'être transmises à destination d'un magnétoscope au travers d'une mémoire tampon caractérisée en ce qu'il consiste à transmettre les suites de valeurs numériques par groupes codés d'images en plaçant en début de chaque groupe une image codée en mode de codage intra et à ajuster le pas de quantification des valeurs numériques pour conserver un débit sensiblement constant à la sortie de la mémoire tampon pour ces groupes d'images.
L'invention a également pour objet un procédé pour la mise en oeuvre du procédé précité.
Le procédé et le dispositif de l'invention ont pour avantages qu'ils permettent d'obtenir une qualité psychovisuelle des images acceptables aussi bien pour celles transmises sur les réseaux normaux de télévision que pour celles enregistrées sur des magnétoscopes. Ils ont également pour avantages de satisfaire pleinement les contraintes spécifiques des magnétoscopes que sont les "trick modes" dans le langage Anglo-Saxon, et qui englobent les problèmes liés au défilement rapide de la bande d'enregistrement tels que l'accès aléatoire aux images en mode ralenti ou accéléré ou la substitution d'images dans les opérations de montage. Ils permettent notamment l'accès très rapide à certaines images en ne nécessitant qu'une lecture partielle des informations enregistrées sur la bande d'enregistrement lorsque celle-ci défile très rapidement.
Comme il est très difficile de lier la qualité d'une image au parametre du codeur et que le pas de quantification joue un rôle déterminant dans la qualité de l'image obtenue, le procédé et le dispositif de l'invention ont également pour avantage qu'ils permettent des transmissions en conservant ce pas de quantification aussi constant que possible de façon à obtenir une qualité uniforme de restitution sur toute l'image.
Egalement ils permettent d'empêcher une évolution trop rapide du pas de quantification au cours du temps qui aurait pour inconvénient de produire des effets de battements dans certaines zones de l'image. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représen tent
Les figures 1A et 1B un exemple de formatage de bande de - magnétoscope pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure 2 un dispositif pour la mise en oeuvre du procé
dé selon l'invention.
La figure 3 les étapes du procédé de l'invention représentées sous la forme d'un organigramme.
Les figures 4 et 5 des graphes illustrant le comportement de la mémoire tampon du dispositif de la figure 2 en fonction du pas de quantification utilisé.
La figure 6 un mode de réalisation du dispositif de contrôle du dispositif de la figure 2.
Les principales contraintes spécifiques des magnétoscopes et qui sont désignées couramment par "trick modes" dans le langage anglo-saxon concernent leur fonctionnement en défilement rapide pour l'accès à des images déterminées sur la bande d'enregistrement et la substitution d'images.
Dans les deux cas l'accès à certaines images doit être effectué très rapidement, le repérage des images sur la bande ne s'effectuant seulement que par une lecture partielle des informations qui y sont contenues. Ce problème est résolu par l'invention en effectuant l'enregistrement des images auxquelles on veut accèder à des positions équidistantes et connues sur la bande. Pour éviter des temps d'affichage (temps d'accès à l'information sur la bande plus temps de décodage) trop longs, ces images reçoivent un codage par blocs à l'intérieur de celle-ci (mode de codage intra) de type par transformée cosinus par exemple.Dans le cas du défilement rapide, le procédé selon l'invention calcule un débit moyen des images à enregistrer sur la bande ou ce qui revient au même la longueur moyenne qu'il est nécessaire d'utiliser sur la bande pour permettre l'enregistrement d'un groupe déterminé d'images.
Dans le cas de la substitution d'images le procédé assure une longueur fixe pour un groupe d'images déterminée par la longueur maximum nécessaire à tous les autres groupes.
Comme en pratique il y a toujours une incertitude sur le débit moyen d'un groupe d'images, le débit moyen est recherché en effectuant une régulation de débit par image.
Le débit fixé est déterminé égal au débit maximum trouvé pour un certain nombre de paquets d'images. S'il arrive ultérieurement un groupe d'images de débit supérieur, une régulation par partie d'images est adoptée. Dans ces conditions la qualité globale de la régulation peut être d'autant meilleure que le débit moyen est proche du débit fixe recherché.
Quels que soient les modes de fonctionnement précités le repérage de la position de chaque groupe d'images est défini, des façons représentées aux figures 1A et lB, par le type de codage adopté pour coder la première image d'un groupe de N images. Les N-l autres codages des images du groupe sont codées différemment.
Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention et selon les exemples des figures 1A et 1B qui représentent respectivement figure lA un formatage de la bande d'enregistrement avec des longueurs constantes par groupes d' images et figure 1B un formatage avec des longueurs d'enregistrement variables par groupes de d'images, la première image est codée de façon connue suivant un mode de codage intra image par codage de blocs à l'intérieur de la première image et les N-l autres images sont codées suivant un mode de codage inter-image par toute méthode connue de codage, différentiel par exemple entre images successives.
Selon la figure 1B, lorsque la longueur d'enregistrement d'un groupe d'image excède la longueur d'enregistrement réservée sur la bande, les mots de codes en excédent de la dernière image sont placés entre la première et la deuxième image du groupe suivant.
L'enregistrement à débit constant des mots de code est obtenu au moyen d'un dispositif de régulation du type de celui représenté à la figure 2 qui comporte, organisé autour d'un dispositif de codage à longueur variable 1, un dispositif de
quantification 2, une mémoire tampon 3 et un dispositif de con - trôle 4 de l'occupation de la mémoire tampon 3. La -mémoire tampon 3 possède deux liaisons avec l'extérieur. Elle reçoit un débit variable de données provenant du codeur à longueur variable 1 et retransmet ces données, par une sortie 5 à débit fixe, sur un canal de transmission ou un magnétoscope. Une commande du pas de quantification est transmise par le dispositif 4 à destination d'une entrée de commande du quantificateur 2 pour agir sur le débit variable issu du codeur longueur variable 1.
Cette commande permet d'éviter l'engorgement ou l'assèchement de la mémoire tampon 3.
Pour satisfaire les contraintes de régulation de transmission, deux principes de régulation l'un par zone et l'autre en position sont adoptés, consistant l'un à maintenir entre deux états de remplissage une occupation de la mémoire tampon 3 en tre 20% et 80% et l'autre à maintenir constant ltoccupation de la mémoire tampon 3.
Un positionnement à bas niveau d'occupation de la mémoire tampon 3 permet en mode de codage intra-image de ne pas engorger la mémoire tampon 3, du fait qu'avec ce mode de codague, la mémoire tampon 3 est remplie très rapidement.
Le débit maximum autorisé est dans ce cas égal au débit nominal d'une image avec en plus le débit équivalent au remplissage de la mémoire tampon 3 d'un niveau bas avant codage intra-image à un niveau presque plein. Ce débit est représentable par la relation
Dintra (Max) = DM + (OMax OMm) (1) dans laquelle
- Dintra (Max) désigne le débit maximum des données
codées en mode de codage intra-image.
- DM désigne le débit moyen.
- OMax et OMin désignent respectivement les occupations
maximum et minimum de la mémoire tampon 3.
La relation (1) permet de dimensionner approximativement la taille de la mémoire tampon 3 nécessaire à partir de l'évalua- tion du sur-coût de codage intra d'une image par rapport à celui d'une image codée en mode inter. Par exemple, sl l'occupation maximum de la mémoire tampon 3 est égale à 10096 de son espace disponible et que l'occupation initiale était égale à 15%, si le débit intra max est égal à 4 fois le débit moyen, alors 85% de l'espace de la mémoire tampon 3 sera occupée et doit correspondre à la différence de débit existante entre un débit Dintra (Max) fourni par le codage intra et le débit moyen DM. 1l suffit dans ce cas que la mémoire 3 ait une capacité égale à 1 x 3 X DM soit encore une capacité capable d'absorber 3 fois le débit moyen DM.
La régulation par zone permet une évolution lente des pas de quantification et est particulièrement intéressante pour les liaisons avec des magnétoscopes car le traitement d'une image codée en mode intra ne doit pas entraîner une variation du pas de quantification lors du codage de l'image suivante.
Cependant pour satisfaire pleinement les contraintes du magnétoscope le procédé selon l'invention met en oeuvre une régulation mixte en recherchant pour chaque image In un débit
n
DR défini par la relation
DR = DM + ss (OR 0.) (2)
où - DR est le débit recherché
- OR et l'occupation recherchée de la mémoire tampon 3
- O. est i'occupation initiale de la mémoire tampon 3 et O 13 ss E 1
ss = O correspondant à une régulation de zone et 13 = 1 correspondant à une régulation en position.La façon dont le pas de quantification est calculé est aussi modifiée de façon à pouvoir utiliser le dispositif de régulation pour les images des standards de télévision progressifs (c'est-à-dire non entrelacées) où la régulation intervient le moins souvent, ainsi que pour tenir compte de la nécessité de passer en mode de codage intra-image pour coder la première image d'un groupe.
Comme la première situation due aux images progressives entraîne une certaine instabilité dans le système de régulation il est nécessaire dans ce cas d'obtenir un débit après codage très proche du débit recherché et en d'autres termés le pas de quantification doit être calculé selon une formule très précise.
D'autre part, pour tenir compte du forçage du codage de la première image en mode de codage intra-image le pas de quantification est déterminé pour les images codées intra à partir des débits obtenus pour les images précédentes codées en mode de codage inter-image.
Suivant l'invention le pas de quantification est calculé la plupart du temps par interpolation linéaire à partir des débits et des pas des deux images précédemment codées.
Le procédé de calcul est défini de la manière représentée aux étapes 6 à 19 de l'organigramme de la figure 3.
Si le débit recherché DR de l'image In est compris, aux étapes 6 à 10, entre les débits Dn-2 et Dn-1 des images In - 2 et In - 1 précédentes, le procédé calcule à l'étape 11 une pente
P e de débit suivant la relation
P Dn-2 - DR Dn-1
Dn-2 - Dn-l x DR
Le pas Pn de quantification de l'image n est alors calculé à l'étape 12 par la relation : Pn = (Pn-l - Pn-2) x P + Pn-2 à partir respectivement des pas Pn-l - Pn-2 de quantification des images n-l et n-2.
Si dans l'exécution des étapes 7 à 10 le débit recherché
DR n'est pas compris entre les débits Dn-2 et Dn-l le pas Pn est calculé par exécution des étapes 14 à 18.

Par la relation Pn = Pi x Di
DR
Où i = n - I si D (n-l) est le plus proche du débit recherché DR et i = n - 2 si D n-2 est le plus proche du débit recherché DR.
Lors du codage en mode intra d'un début de groupe d'images, les mémoires où sont stockés les deux précédents débits ne sont pas mises à jour. Cela signifie que la détermination du pas pour la prochaine image codée en mode inter ne dépend pas de l'image codée en mode intra mais exclusivement des deux images inter précédentes.
Des exemples de comportement du pas de quantification et de l'état de remplissage de la mémoire tampon obtenu grâce au procédé de régulation de l'invention qui vient d'être décrit sont illustrés sur les diagrammes des figures 4 et 5. Dans ces représentations les images utilisées ont été extraites de différentes séquences et les changements de séquences ont été placés à des instants différents par rapport au début des paquets pour tester la validité du dispositif dans des contextes critiques.
Les excursions passagères de ltoccupation de la mémoire en dehors de la zone exploitable (5% à 95%) doivent être prises en charge par une régulation par partie d'images.
Sur les tracés des figures 3 et 4 les tailles de groupe d'images sont égales à 10 et les tailles de mémoire tampon correspondant à 3 fois le débit d'une image. Le facteur 13 défini précédemment est égal à 0,2 et l'occupation visée est égale 15%.
1l est à remarquer sur le tracé de l'occupation de la mémoire tampon 3 figure 5 que pour chaque groupe d'images l'occupation de la mémoire varie peu d'un groupe à l'autre et qu'il est possible en choisissant, comme longueur fixe des groupes, la longueur maximale des groupes d'avoir une bonne occupation de la bande du magnétoscope.
La longueur maximale peut être alors fixée égale à environ la longueur moyenne auquel doivent être ajoutés quelques pour-cents.
D'autre part, sur ces courbes il peut également être observé que le débit d'une image codé en mode de codage intra est au maximum égal à 3 fois le débit moyen.
A l'aide de la régulation par parties d'images ce débit peut d'ailleurs être rigoureusement limité à cette valeur.
Comme dans le cas de la demande de brevet précitée le dispositif de contrôle 4 peut être mis en oeuvre à l'aide d'un simple micro processeur, la régulation n'étant effectuée qu'au rythme de l'image ce qui est suffisamment lent pour utiliser un tel composant. Un exemple de réalisation d'un tel dispositif est montré à la figure 6. Ce microprocesseur comprend, organisés de façon connue autour d'un bus de données et d'adresses 20, une unité arithmétique et logique 21, une mémoire vive 22 et un banc de registres de travail 23. Une mémoire de microprogramme 24 adressée à partir d'un séquenceur 25 assure l'exécution des instructions nécessaires à l'exécution des étapes 6 à 19 du procédé représenté à la figure 3.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Procédé de régulation de codeurs-décodeurs d'images à débit ajustable adaptés aux magnétoscopes suivant lequel les images sont représentées par une suite de valeurs numériques quantifiées selon une échelle de quantifications puis codées par blocs en mode de codage inter ou intra-image avant d'être transmises à destination d'un magnétoscope au travers d'une mémoire tampon (3) caractérisée en ce qu'il consiste à transmettre les suites de valeurs numériques par groupes codés d'images en plaçant en début de chaque groupe une image codée en mode de codage intra et à ajuster le pas de quantification des valeurs numériques pour conserver un débit sensiblement constant à la sortie de la mémoire tampon (3) pour chaque groupe.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste à réserver une longueur de stockage constante sur la bande du magnétoscope pour chaque groupe d'images représentant une longueur maximum autorisée par groupe et à borner le volume binaire réservé au codage des images codées dans le mode de codage intra-images.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il consiste à régler le débit de transmission DM des images codées en mode de codage intra-images à une valeur égale au débit moyen DM des images codées dans le mode de codage intra-image et à ajouter au débit moyen DM un débit proportionnel à la différence entre l'occupation recherchée de la mémoire tampon (3) et de son occupation initiale.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le pas de quantification de la suite des valeurs numériques codées en mode de codage intra est déterminé à partir des débits obtenus pour les images précédentes codées en mode de codage inter image.
5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le pas de quantification est calculé par interpolation linéaire à partir des débits et des pas des deux images précédemment codées en mode de codage inter image.
6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de codage à longueur variable 1 couplé d'une part, à un dispositif de quantification 2 et d'autre part, à une mémoire tampon (3), ainsi qu'un dispositif de contrôle (4) de l'occupation de la mémoire tampon couplé à la mémoire tampon (3) pour régler le pas de quantification du dispositif de quantification (2).
7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (4) est un microprocesseur convenablement programmé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
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