FR2701623A1 - Method of recording reduced-rate images and device for implementing it. - Google Patents
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Abstract
Le procédé selon l'invention consiste à enregistrer un signal d'erreur de prédiction (e), correspondant à la différence entre une image réelle (X) à enregistrer et une image prédite à partir de l'image précédente, en utilisant un circuit principal (1) de codage-décodage comportant des moyens d'enregistrement et de lecture d'un enregistreur numérique 6, à (CF DESSIN DANS BOPI) boucle unique de prédiction inter-image (2), dans cette boucle (2), à prédire l'image suivante à partir de l'image prélevée précédente, et à réinjecter l'image issue de la prédiction (P) à la fois en entrée et en sortie du circuit principal (1) respectivement en soustrayant l'image issue de la prédiction (P) à l'image réelle (X) à enregistrer et en rajoutant la même image au signal d'erreur lu et décodé (ed ) dans le circuit principal (1) pour reconstituer (CF DESSIN DANS BOPI) d'enregistrement. Les applications vont aux enregistreurs numériques, et en particulier aux magnétoscopes numériques haute définition.The method according to the invention consists in recording a prediction error signal (e), corresponding to the difference between a real image (X) to be recorded and an image predicted from the previous image, using a main circuit (1) coding-decoding comprising means for recording and reading a digital recorder 6, to (CF DRAWING IN BOPI) single inter-picture prediction loop (2), in this loop (2), to be predicted the following image from the previous image taken, and reinjecting the image resulting from the prediction (P) both at the input and at the output of the main circuit (1) respectively by subtracting the image resulting from the prediction (P) to the real image (X) to be recorded and adding the same image to the error signal read and decoded (ed) in the main circuit (1) to reconstitute (CF DRAWING IN BOPI) recording. The applications go to digital recorders, and in particular to high definition digital video recorders.
Description
Procédé d'enregistrement d'images à débit réduit et dispositif
pour sa mise en oeuvre
La présente invention concerne un procédé d'enregistrement d'images à débit réduit et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Les applications vont notamment aux enregistreurs numériques pour télévision haute définition.Method of recording reduced-rate images and device
for its implementation
The present invention relates to a reduced-rate image recording method and a device for its implementation. Applications include digital recorders for high definition television.
Des procédés connus pour la transmission et l'enregistrement de signaux vidéo et notamment d'images de télévision utilisent des dispositifs de codage et décodage d'images appelés CODEC, abréviation pour codeurdécodeur. Known methods for the transmission and recording of video signals and in particular television images use image coding and decoding devices called CODEC, abbreviation for coder decoder.
Ces dispositifs utilisent des techniques connues de codage d'images exploitant le principe de la compression de débit. These devices use known image coding techniques exploiting the principle of flow compression.
Une grande partie de l'information contenue dans une image est redondante. La redondance peut être définie comme la partie d'un message non nécessaire au sens où si elle manquait, le message ne pourrait pas être reconstruit. La plupart des systèmes de numérisation par exemple de type
MIC abréviation pour Modulation par Impulsions Codées, ne prennent pas en compte les propriétés intrinsèques de l'émetteur d'images, ou source, ni celles du récepteur visuel, par exemple l'oeil.Much of the information in an image is redundant. Redundancy can be defined as the part of an unnecessary message in the sense that if it were missing, the message could not be reconstructed. Most scanning systems for example type
MIC abbreviation for Coded Pulse Modulation, do not take into account the intrinsic properties of the image transmitter, or source, nor those of the visual receiver, for example the eye.
Hors, le signal émis n'est pas aléatoire. Il existe entre chaque échantillon d'image, représentant un ou plusieurs pixels, des propriétés de corrélations. Par ailleurs, l'oeil ne perçoit pas toutes les informations de la même façon. Off, the transmitted signal is not random. There exists between each image sample, representing one or more pixels, properties of correlations. Moreover, the eye does not perceive all information in the same way.
Parmi les techniques de codage utilisant la compression de débit, les codages psychovisuels tiennent compte des propriétés liées au récepteur visuel, c'est-à-dire l'oeil de l'observateur. Ils consistent à tromper l'oeil au mieux, en restituant un signal différent du signal original, mais contenant l'information pertinente pour l'observateur. Ce type de codage est irréversible. Among the coding techniques using rate compression, the psychovisual codings take into account properties related to the visual receiver, that is to say the eye of the observer. They consist in deceiving the eye as best as possible, by restoring a signal different from the original signal, but containing the relevant information for the observer. This type of coding is irreversible.
Les résultats obtenus correspondent à des images reconstituées de bonne qualité exploitables par exemple par des studios de télévision pour du traitement d'images. The results obtained correspond to reconstructed images of good quality exploitable for example by television studios for image processing.
Dans les techniques de codages psychovisuels, le codage différentiel adaptatif consiste non pas à coder le signal vidéo lui-même, mais la différence entre ce signal et un signal de prédiction qui est connu du récepteur. In psychovisual encoding techniques, the adaptive differential coding is not to encode the video signal itself, but the difference between that signal and a prediction signal that is known to the receiver.
Un type connu d'architecture d'un dispositif de codage différentiel adaptatif pour la transmission d'images, utilise deux boucles de prédiction inter-image, appelées également boucles inter, en entrée et en sortie du circuit principal de codage et de décodage. A known type of architecture of an adaptive differential coding device for the transmission of images uses two inter-image prediction loops, also called inter loops, at the input and at the output of the main coding and decoding circuit.
Le but de chaque boucle est de reconstituer une image estimée à partir de l'image courante prélevée par chaque boucle. L'image reconstituée est ensuite comparée à l'image suivante au moment où celleci est émise à l'entrée et à la sortie du dispositif de transmission. La boucle inter d'entrée comporte généralement de l'entrée vers la sortie, un décodeur, appelé décodeur local, un opérateur d'addition et un dispositif de prédiction d'image. The purpose of each loop is to reconstruct an estimated image from the current image taken by each loop. The reconstructed image is then compared to the next image when it is transmitted to the input and output of the transmission device. The input inter loop generally comprises from the input to the output, a decoder, called a local decoder, an addition operator and an image prediction device.
L'image prélevée par la boucle d'entrée est décodée par le décodeur local puis additionnée au signal de prédiction estimé à partir d'une image précédente pour reconstituer une image qui est comparée à l'image courante présente à l'entrée du dispositif de transmission. Le dispositif de prédiction d'image comporte une mémoire d'image et éventuellement un estimateur d'images avec compensation de mouvement. The image taken by the input loop is decoded by the local decoder and then added to the estimated prediction signal from a previous image to reconstruct an image that is compared to the current image at the input of the device. transmission. The image prediction device comprises an image memory and optionally an image estimator with motion compensation.
Le signal transmis à l'entrée du canal de transmission correspond donc à un signal d'erreur codé résultant de la différence entre l'image courante présente à l'entrée du dispositif et le signal de prédiction. A la sortie du canal de transmission, le signal d'erreur est décodé par un deuxième décodeur, appelé décodeur déporté, puis injecté sur la deuxième boucle qui rajoute au signal d'erreur décodé un signal de prédiction identique à celui délivré par la première boucle. Le signal de prédiction de la deuxième boucle est estimé à partir de l'image transmise précédente, reconstituée en sortie du dispositif, prélevée par la deuxième boucle. The signal transmitted to the input of the transmission channel therefore corresponds to a coded error signal resulting from the difference between the current image present at the input of the device and the prediction signal. At the output of the transmission channel, the error signal is decoded by a second decoder, called remote decoder, then injected on the second loop which adds to the decoded error signal a prediction signal identical to that delivered by the first loop. . The prediction signal of the second loop is estimated from the previous transmitted image, reconstituted at the output of the device, taken by the second loop.
Pour enregistrer ou stocker une ou plusieurs images, il est connu d'insérer dans le canal de transmission, un enregistreur numérique d'images par exemple un magnétoscope numérique ou une mémoire d'image pour le stockage d'images dans le domaine médical, etc... To record or store one or more images, it is known to insert in the transmission channel, a digital image recorder for example a digital video recorder or an image memory for the storage of images in the medical field, etc. ...
Les dispositifs de transmissions d'images comportent généralement à l'entrée et à la sortie du canal de transmission un dispositif d'adaptation de débit entre le circuit principal de codageldécodage et le canal de transmission qui intègre également une fonction de correction des erreurs dues à la transmission au travers du canal de transmission. De même, les enregistreurs numériques sont dotés généralement en entrée et en sortie de dispositifs de correction d'erreurs. The image transmission devices generally comprise, at the input and at the output of the transmission channel, a device for adapting the flow rate between the codageldecoding main circuit and the transmission channel, which also integrates a function for correcting errors due to transmission through the transmission channel. Likewise, digital recorders are generally provided with input and output of error correction devices.
Toutefois les erreurs dues à la technologie d'enregistrement utilisée par l'enregistreur, se traduisant par exemple par une perte d'informations numériques, ou octets, ne sont pas pris en compte par le type de dispositifs de correction d'erreurs cités précédemment. Ce type d'architecture pour l'enregistrement d'images est donc peu robuste vis-à-vis des erreurs dues à l'enregistrement. D'autre part le matériel utilisé pour l'enregistrement devient vite très volumineux et les dispositifs de correction d'erreurs, principalement basés sur l'introduction d'une redondance d'informations numériques sont très consommateurs de débit. However, the errors due to the recording technology used by the recorder, for example resulting in a loss of digital information, or bytes, are not taken into account by the type of error correction devices mentioned above. This type of architecture for the recording of images is therefore not very robust with respect to the errors due to the recording. On the other hand, the hardware used for the recording quickly becomes very large and the error correction devices, mainly based on the introduction of a redundancy of digital information are very consumption of flow.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients précités. The invention aims to overcome the aforementioned drawbacks.
A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'enregistrement d'images à débit réduit, utilisant un codage et un décodage différentiel à prédiction adaptative inter-image, caractérisé en ce qu'il consiste, après avoir introduit des moyens d'enregistrement et de lecture d'informations numériques dans un circuit principal de codage et de décodage d'images, à enregistrer un signal d'erreur de prédiction issu de la comparaison entre une image à enregistrer et une image prédite à partir de l'image lue précédente sur au moins un support d'enregistrement, et à lire après l'enregistrement, l'erreur de prédiction enregistrée sur le support d'enregistrement, et en ce qu'il consiste à reconstituer une image à partir du signal d'erreur de prédiction, lu et décodé en sortie du circuit principal et d'une image issue d'une prédiction unique délivrée par une boucle unique de prédiction prélevant l'image précédente reconstituée, et à comparer l'image issue de la même prédiction avec l'image suivante à enregistrer à l'entrée du circuit principal en tenant compte des erreurs d'enregistrement pour éviter leurs propagations d'une image à l'autre. For this purpose, the subject of the invention is a method for recording images with reduced bit rate, using coding and differential decoding with inter-image adaptive prediction, characterized in that it consists, after having introduced means for recording and reading digital information in a main coding and decoding circuit of images, recording a prediction error signal resulting from the comparison between an image to be recorded and a predicted image from the read image on at least one recording medium, and to read after recording, the prediction error recorded on the recording medium, and in that it consists in reconstructing an image from the error signal of prediction, read and decoded at the output of the main circuit and an image derived from a single prediction delivered by a single prediction loop taking the reconstructed preceding image, and comparing the image resulting from the has the same prediction with the next image to be recorded at the input of the main circuit taking into account the recording errors to avoid their propagation from one image to another.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent:
- la figure 1, un schéma de principe d'un mode de réalisation d'un
dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et
- la figure 2, un exemple de moyen de transmission dans un mode
de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
selon l'invention.Other features and advantages of the invention will appear more clearly in the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended figures which represent:
- Figure 1, a block diagram of an embodiment of a
device for implementing the method according to the invention, and
FIG. 2, an example of transmission means in a mode
embodiment of the device for implementing the method
according to the invention.
Le dispositif selon l'invention a pour avantages qu'il permet d'une part de réduire l'encombrement global du dispositif d'enregistrement d'images en utilisant un seul décodeur, une boucle unique de prédiction et, en incluant le canal d'enregistrementllecture d'un enregistreur numérique dans le circuit principal de codage et de décodage. Il permet d'autre part de corriger les erreurs d'enregistrement pour éviter qu'elles ne se propagent d'une image à l'autre. The device according to the invention has the advantages that it makes it possible on the one hand to reduce the overall size of the image recording device by using a single decoder, a single prediction loop and, by including the data channel. record playback of a digital recorder in the main coding and decoding circuit. It also makes it possible to correct registration errors so that they do not propagate from one image to another.
Un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est illustré par la figure 1. An embodiment of a device for implementing the method according to the invention is illustrated in FIG. 1.
Il utilise les techniques de codages psychovisuels et notamment un codage différentiel à prédiction inter-image. Ce mode de réalisation comporte un circuit principal 1 de codage et de décodage délimité par une ligne fermée discontinue et une boucle unique 2 délimitée également par une ligne fermée discontinue qui réinjecte sur l'entrée et la sortie du circuit principal 1 une partie du signal de sortie du dispositif selon l'invention. It uses the techniques of psychovisual coding and in particular differential coding with inter-image prediction. This embodiment comprises a main circuit 1 coding and decoding delimited by a discontinuous closed line and a single loop 2 also delimited by a discontinuous closed line which reinjects on the input and the output of the main circuit 1 a portion of the signal of output of the device according to the invention.
Un signal vidéo X est injecté à l'entrée du circuit principal 1 sur une première entrée d'opérande d'un opérateur de soustraction 3. Le signal vidéo X est par exemple une séquence d'images de télévision. Le signal de sortie e de l'opérateur de soustraction 3, est le résultat de la soustraction d'une image courante X injectée à l'entrée du circuit principal 1 avec une prédiction P issue de la boucle de prédiction 2. Le signal e correspondant à un signal d'erreur de prédiction est injecté à l'entrée d'un moyen de codage 4, ou codeur, codant numériquement le signal e reçu à l'entrée du codeur 4. A video signal X is injected at the input of the main circuit 1 on a first operand input of a subtraction operator 3. The video signal X is for example a sequence of television images. The output signal e of the subtraction operator 3 is the result of the subtraction of a current image X injected at the input of the main circuit 1 with a prediction P coming from the prediction loop 2. The corresponding signal e a prediction error signal is injected at the input of a coding means 4, or coder, digitally coding the signal e received at the input of the encoder 4.
La sortie du codeur 4 est couplée à des premiers moyens 5 de codage à longueur variable et de correction d'erreurs, dénommé ci-après VLC abréviation anglo-saxonne pour Variable Length Coding, permettant d'adapter le débit d'informations numériques issu du codeur 4 à celui de moyens d'enregistrement et de lecture 6 à l'entrée desquels la sortie du codeur 4 est couplée.The output of the encoder 4 is coupled to first means 5 variable length coding and error correction, hereinafter referred to as VLC abbreviation for Variable Length Coding, to adapt the flow of digital information from the encoder 4 to that of recording and reading means 6 at the input of which the output of the encoder 4 is coupled.
La sortie des moyens d'enregistrement et de lecture 6 est couplée à l'entrée d'un deuxième VLC 7, réalisant la fonction inverse du premier VLC 5, auquel est également associé une fonction de correction d'erreurs. La sortie du deuxième VLC 7 est couplée à l'entrée d'un moyen de décodage, ou décodeur 8, à la sortie duquel est restitué le signal d'erreur ed. La sortie du décodeur 8 est couplée à une première entrée d'opérande d'un opérateur d'addition 9. The output of the recording and reading means 6 is coupled to the input of a second VLC 7, performing the inverse function of the first VLC 5, which is also associated with an error correction function. The output of the second VLC 7 is coupled to the input of a decoding means, or decoder 8, the output of which is outputted the error signal ed. The output of the decoder 8 is coupled to a first operand input of an addition operator 9.
L'image X reconstituée en sortie de l'opérateur d'addition 9 est prélevée par la boucle 2 et injectée à l'entrée de moyens de prédiction 10 comportant un dispositif de mémorisation d'image, non représenté, associé éventuellement à un dispositif d'estimation, également non représenté, effectuant une compensation de mouvement entre deux images consécutives. La sortie des moyens de prédiction 10 est couplée à la fois à l'entrée et à la sortie du circuit principal 1 respectivement par une deuxième entrée d'opérande de l'opérateur de soustraction 3 et par une deuxième entrée d'opérande de l'opérateur d'addition 9. L'image k ainsi reconstituée tient compte des erreurs d'enregistrement entre deux images consécutives. The image X reconstituted at the output of the addition operator 9 is picked up by the loop 2 and injected at the input of prediction means 10 comprising an image storage device, not shown, possibly associated with a device of FIG. estimation, also not shown, performing motion compensation between two consecutive images. The output of the prediction means 10 is coupled to both the input and the output of the main circuit 1 respectively by a second operand input of the subtraction operator 3 and by a second operand input of the addition operator 9. The image k thus reconstituted takes into account the recording errors between two consecutive images.
Un mode de réalisation des moyens d'enregistrement et de lecture 6 d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est illustré par la figure 2. An embodiment of the recording and reading means 6 of a device for implementing the method according to the invention is illustrated in FIG. 2.
Ce mode de réalisation comporte une entrée E commune à un premier canal 11, appelé canal direct, et à un deuxième canal 12, appelé canal d'enregistrementllecture. La sortie du canal d'enregistrementllecture 12 et la sortie du canal direct 11 sont couplées respectivement à une première entrée RAN et à une deuxième entrée M d'un moyen de commutation 13 permettant de sélectionner l'un des deux canaux 11 et 12 pour l'enregistrement suivi de la lecture ou pour la lecture directe d'un signal entre l'entrée E et la sortie S des moyens d'enregistrement et de lecture 6. This embodiment comprises an input E common to a first channel 11, called the direct channel, and to a second channel 12, called the recording channel. The output of the recording channel 12 and the output of the direct channel 11 are respectively coupled to a first input RAN and a second input M of a switching means 13 making it possible to select one of the two channels 11 and 12 for recording followed by the reading or for the direct reading of a signal between the input E and the output S of the recording and reading means 6.
Les deux canaux 11 et 12 peuvent être assimilés chacun à un petit canal de transmission appartenant à un dispositif d'enregistrement n'utilisant qu'un seul décodeur, à la fois local et déporté. D'autre part, le dispositif d'enregistrement selon l'invention comportant ce mode de réalisation permet d'intégrer les fonctions de codage et de décodage dans un même boîtier. The two channels 11 and 12 can each be assimilated to a small transmission channel belonging to a recording device using only one decoder, both local and remote. On the other hand, the recording device according to the invention comprising this embodiment makes it possible to integrate the coding and decoding functions in the same box.
Ainsi les notions de décodeurs "local" et "déportés" connus dans les dispositifs de transmission perdent leur sens.Thus the notions of "local" and "remote" decoders known in the transmission devices lose their meaning.
Dans un enregistreur de type magnétoscope, un dispositif appelé couramment en langue anglo-saxonne "scanner" comporte en général des têtes d'écriture et de lecture séparées. Ceci permet de vérifier, en mode de fonctionnement " Read after Write" dénomination anglo-saxonne pour lecture après écriture, la validité de l'enregistrement en cours à tout moment. In a recorder type VCR, a device commonly known in the English language "scanner" generally comprises separate writing heads and reading. This makes it possible to check, in operating mode "Read after Write" English name for reading after writing, the validity of the recording in progress at any time.
Dans ce mode de fonctionnement les têtes de lecture et d'écriture scrutent en permanence le support d'enregistrement, par exemple une bande magnétique, permettant ainsi la lecture quasi-instantanée de ce qui vient d'être enregistré sur le support d'enregistrement. En mode de fonctionnement "monitoring" dénomination anglo-saxonne signifiant "contrôle", la fonction d'enregistrement du magnétoscope est déconnectée.In this mode of operation, the read and write heads continuously scan the recording medium, for example a magnetic tape, thus allowing the instantaneous reading of what has just been recorded on the recording medium. In operating mode "monitoring" English name meaning "control", the recording function of the video recorder is disconnected.
Dans ce mode de fonctionnement seule la fonction de lecture directe via le canal direct de lecture du magnétoscope est opérationnel pour le contrôle des informations à enregistrer.In this operating mode only the direct playback function via the VCR's direct playback channel is operational for controlling the information to be recorded.
Les modes "Read after Write" RNV et "monitoring" M sont sélectionnés par le dispositif de commutation 13. Dans le mode de fonctionnement "Read after Write" R!VV de l'enregistreur, le canal d'enregistrementllecture 12 permet d'écrire les informations numériques sur le support d'enregistrement, une bande magnétique par exemple, puis de lire ces informations presque instantanément après l'enregistrement sur la bande. The modes "Read after Write" RNV and "monitoring" M are selected by the switching device 13. In the operating mode "Read after Write" R! VV of the recorder, the recording channel read 12 allows to write digital information on the recording medium, such as a magnetic tape, and then read this information almost instantly after recording on the tape.
Les informations lues sur la bande magnétique sont ensuite transmises à travers le canal magnétique d'enregistrementllecture 12 du magnétoscope, utilisé comme un canal de transmission, en sortie S des moyens d'enregistrement et de lecture 6. Les informations transmises subissent un simple retard dû au traitement qui dans la plupart des cas, pour des images de télévision par exemple, est de l'ordre de la durée d'une trame vidéo soit environ 20 ms. Ce retard est compensé dans la boucle 2. The information read on the magnetic tape is then transmitted through the magnetic recording channel 12 of the video recorder, used as a transmission channel, at the output S of the recording and reading means 6. The information transmitted suffers a simple delay due to the processing which in most cases, for television images for example, is of the order of the duration of a video frame is about 20 ms. This delay is compensated in loop 2.
Le canal d'enregistrementllecture 12 faisant partie du circuit principal 1 de codage/décodage, les erreurs liées à l'enregistrement sont prises en compte par le dispositif au moment de la lecture, soit à la transmission des informations vers la sortie S des moyens d'enregistrement et de lecture 6. Since the recording channel 12 is part of the main coding / decoding circuit 1, the errors related to the recording are taken into account by the device at the time of reading, or when the information is transmitted to the output S of the recording means. recording and playback 6.
Dans le mode de fonctionnement "monitoring" M, le canal d'enregistrementllecture 12 est déconnecté. Le canal direct de lecture 11 de l'enregistreur sélectionné par le dispositif de commutation 13 est utilisé alors comme un canal de transmission pour permettre au dispositif selon l'invention de continuer à fonctionner en boucle fermée. In the "monitoring" operating mode M, the recording recording channel 12 is disconnected. The direct reading channel 11 of the recorder selected by the switching device 13 is then used as a transmission channel to allow the device according to the invention to continue to operate in a closed loop.
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