FR2702914A1 - Dispositif de codage de suites d'images constituées d'images de nature film et d'images de nature vidéo, et dispositif de décodage correspondant. - Google Patents
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Abstract
Un tel dispositif permet de coder des suites d'images constituées d'images vidéo à une première fréquence (30 Hz par exemple) et d'images film dont la fréquence d'origine était inférieure à cette première fréquence (24 Hz par exemple) et qui y ont été converties par la technique dite "3: 2 pulldown". Ce dispositif de codage comporte: - des moyens de détection (53, 56, 57) des suites d'images film parmi le flot des données d'entrée, - un dispositif (58) de pré-traitement de ces suites pour réaliser une conversion inverse de fréquence en éliminant avant le codage les informations redondantes introduites par l'application de la méthode "3: 2 pulldown". Application à la transmission d'images de film à la télévision pour des systèmes américains ou japonais fonctionnant à 60Hz.
Description
DISPOSITIF DE CODAGE DE SUITES D'IMAGES CONSTITUEES D'IMAGES DE
NATURE FILM ET D'IMAGES DE NATURE VIDEO, ET DISPOSITIF DE DECODAGE
CORRESPONDANT
Description
La présente invention concerne un dispositif de codage de signaux numériques, dits signaux d'entrée, correspondant à des suites d'images constituées d'images de nature vidéo et d'images de nature film, comportant - des moyens de codage des signaux d'entrée, - des moyens de détection des suites d'images de nature film parmi un flot de signaux d'entrée, - des moyens de commutation, en réponse à la détection, d'un premier à un second mode de fonctionnement des moyens de codage.
NATURE FILM ET D'IMAGES DE NATURE VIDEO, ET DISPOSITIF DE DECODAGE
CORRESPONDANT
Description
La présente invention concerne un dispositif de codage de signaux numériques, dits signaux d'entrée, correspondant à des suites d'images constituées d'images de nature vidéo et d'images de nature film, comportant - des moyens de codage des signaux d'entrée, - des moyens de détection des suites d'images de nature film parmi un flot de signaux d'entrée, - des moyens de commutation, en réponse à la détection, d'un premier à un second mode de fonctionnement des moyens de codage.
Un tel dispositif a d'importantes applications dans le domaine de la transmission d'images animées, notamment pour les systèmes de télévision à la fréquence 60 Hz, et il est tout particulièrement adapté à un codage de signaux numériques en conformité avec la norme MPEG (dont les caractéristiques essentielles sont rappelées plus loin).
Un dispositif de codage répondant à la structure présentée ci-dessus est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique ne5027206. Bien qutorienté vers une application finalement différente de celle envisagée dans la présente demande, ce document divulgue le principe selon lequel les conditions de fonctionnement d'un dispositif de codage peuvent être ajustées en fonction de la nature des images. Dans le dispositif décrit, qui a trait à la réception compatible d'images de télévision à haute définition et à définition plus faible, il est prévu un estimateur de mouvement dont les seuils et gammes de fonctionnement sont modifiés selon que les images sont de nature vidéo ou de nature film, avec pour principal objectif d'obtenir un système de codage et de décodage moins coûteux.
Un premier but de l'invention est de proposer un dispositif de codage dans lequel est prévu un autre type de modification selon la nature des images, en vue d'une meilleure adaptation au codeur des signaux représentatifs de celles-ci.
Pour cela, un dispositif de codage selon l'invention et tel que défini dans le paragraphe introductif est caractérisé en ce que - les moyens de détection comportent un circuit de repérage d'au moins un signe caractéristique d'une suite d'images de nature film, - les moyens de codage comportent, dans le second mode de fonctionnement exclusivement, un étage de pré-traitement des signaux d'entrée à coder.
Ainsi, la nature film ou vidéo des suites d'images est détectée avant leur codage de façon à leur appliquer un prétraitement dans l'un des deux cas uniquement.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de codage permettant plus particulièrement de faire face à la situation dans laquelle des images originelles de nature film, de fréquence inférieure à celle d'images de nature vidéo dans un rapport déterminé, ont été préalablement séparées en deux trames entrelacées puis, par duplication d'un nombre approprié de ces trames, fixé par ledit rapport, ramenées à la même fréquence que les images de nature vidéo.
Pour cela, le dispositif de codage selon l'invention est caractérisé en ce que ledit signe caractéristique est le motif, dit motif film, formé par ces trames dupliquées dans une suite d'images, et en ce que le pré-traitement prévu dans le second mode de fonctionnement en réponse à la détection du motif film consiste à réaliser une conversion inverse de fréquence en éliminant, avant le codage, les trames introduites par duplication.
Le traitement préalable des images originelles de nature film pour les adapter à la fréquence et à la disposition entrelacée des images de nature vidéo introduit dans les signaux à coder qui leur correspondent un supplément de données sans apport d'information, et le codage inutile de ces données supplémentaires conduit à une détérioration de la qualité des images ultérieurement restituées. Le dispositif de codage ci-dessus qui, en présence d'images de nature film, supprime ces données supplémentaires avant le codage, permet de remédier à cet inconvénient.
Dans un mode de réalisation particulier d'un dispositif de codage selon l'invention, les moyens de détection comportent - une mémoire d'images pour le stockage d'une suite d'images suffisamment longue pour permettre la détection du motif film, - un comparateur pour détecter le motif film dans cette suite d'images.
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans les pays comme les Etats-Unis ou le Japon, où les systèmes de télévision fonctionnent à la fréquence 60 Hz, ctest-à-dire où la fréquence image est de 30 images entrelacées par seconde. En effet, les images originelles de nature film étant produites à la fréquence de 24 images séquentielles par seconde, il est nécessaire de réaliser une conversion de fréquence dans un rapport 5/4 pour visualiser une suite d'images de nature film à la télévision. La technique couramment utilisée et connue sous le nom de "3:2 pulldown" est exposée plus loin.Elle consiste à créer cinq images entrelacées, pouvant être visualisées à la télévision, à partir de quatre images séquentielles originelles de nature film, en dédoublant chacune de ces images pour former deux trames impaire et paire et en dupliquant deux des huit trames ainsi obtenues. Ce sont les deux trames supplémentaires obtenues par duplication qui constituent, dans le cadre de la présente invention, l'information redondante à supprimer.
Dans un mode de réalisation préférentiel d'un dispositif de codage selon l'invention, les moyens de codage comportent un codeur de type MPEG, n'autorisant le codage que par groupe d'images de longueur prédéterminée. Dans ce cas les moyens de détection comportent un circuit de contrôle pour vérifier qu'une conversion de fréquence est autorisée pour l'image courante, compte tenu des contraintes de codage.
De plus, les moyens de détection comprennent avantageusement un circuit de détection de mouvement entre les trames de la suite d'images qui ne constituent pas le motif film, pour interdire, en l'absence de mouvement, la commutation vers le second mode de fonctionnement.
Il est en effet nécessaire d'éviter un nombre trop important de commutations très rapprochées, et il est en particulier inutile de changer de mode de fonctionnement pour une suite d'images fixes.
Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention, l'étage de pré-traitement comporte un circuit de lecture pour ne lire dans la mémoire d' images, à intervalles de temps réguliers, que les trames entrelacées qui correspondent à une image originelle de nature film.
Les trames redondantes des suites d'images de nature film sont ainsi éliminées lors de la lecture et ne sont pas fournies au codeur MPEG qui reçoit donc alternativement des suites d'images de nature vidéo à 30 Hz et des suites d'images originelles de nature film à 24 Hz.
L'invention concerne également un dispositif de décodage de signaux, dits signaux codés, correspondant à des suites d' images organisées en séquences d'images de nature vidéo et d'images de nature film préalablement codées, qui comporte un module de restitution des suites d'images caractérisé en ce qu'il comporte également - des moyens de lecture de la fréquence d'une séquence d'images dans un flot de signaux codés, - des moyens de commutation, en réponse à la lecture de fréquence, d'un premier à un second mode de fonctionnement du module de restitution des suites d'images, le module de restitution des suites d'images comportant, dans le second mode de fonctionnement exclusivement, un étage de conversion de la fréquence des images décodées de nature film à la fréquence des images de nature vidéo.
D'autres particularités, détails et avantages de l'invention seront mis en évidence par la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui sont relatifs à des exemples donnés à titre non limitatif, dans lesquels
- la figure 1 est un exemple de diagramme fonctionnel relatif à un dispositif de codage selon l'invention,
- la figure 2 est un diagramme représentant le principe de fonctionnement de la technique "3::2 pulldown",
- les figures 3 et 4 sont des exemples de construction de suites d'images répondant aux exigences de la norme MPEG,
- les figures 5 à 7 sont des exemples de détection du changement de nature des images entrantes,
- la figure 8 est un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif de codage selon l'invention,
- la figure 9 est un schéma décrivant un exemple de fonctionnement d'un dispositif de codage selon l'invention,
- la figure 10 est un schéma de principe illustrant la mise en oeuvre d'un dispositif de décodage selon l'invention.
- la figure 1 est un exemple de diagramme fonctionnel relatif à un dispositif de codage selon l'invention,
- la figure 2 est un diagramme représentant le principe de fonctionnement de la technique "3::2 pulldown",
- les figures 3 et 4 sont des exemples de construction de suites d'images répondant aux exigences de la norme MPEG,
- les figures 5 à 7 sont des exemples de détection du changement de nature des images entrantes,
- la figure 8 est un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif de codage selon l'invention,
- la figure 9 est un schéma décrivant un exemple de fonctionnement d'un dispositif de codage selon l'invention,
- la figure 10 est un schéma de principe illustrant la mise en oeuvre d'un dispositif de décodage selon l'invention.
Le dispositif de codage représenté sur la figure 1 comprend des moyens de codage 11 des signaux d'entrée, des moyens de détection 12 des suites d'images de nature film parmi un flot de signaux d'entrée et des moyens de commutation 13, en réponse à cette détection, d'un premier à un second mode fonctionnement des moyens de codage 11. Plus précisément, les moyens de détection 12 comportent un circuit de repérage d'au moins un signe caractéristique d'une suite d'images de nature film. Les moyens de codage 11 comportent un étage 14 de pré-traitement des signaux à coder, qui n'est activé que dans le second mode de fonctionnement, et un circuit 15 de compression d'images.
Lorsque, dans la suite d'images entrantes, des images originelles de nature film, de fréquence 24 images séquentielles par seconde, alternent avec des images de nature vidéo, de fréquence 30 images entrelacées par seconde dans le cas des Etats-Unis et du
Japon par exemple, il est habituel d'aligner la structure des images de nature film sur celle des images de nature vidéo par la technique "3:2 pulldown" qui est décrite plus précisément ci-dessous à partir de la figure 2.
Japon par exemple, il est habituel d'aligner la structure des images de nature film sur celle des images de nature vidéo par la technique "3:2 pulldown" qui est décrite plus précisément ci-dessous à partir de la figure 2.
Cette technique "3:2 pulldown" permet en effet de convertir en une suite de 30 images entrelacées par seconde (30 HZ), des suites originelles de 24 images séquentielles par seconde. Le rapport entre ces deux cadences est de 5/4, donc quatre images originelles de nature film doivent être transformées en cinq images pouvant être produites à la télévision. Il s'agit d'une transformation périodique dont chaque période englobe quatre images originelles de nature film. Son principe est donc décrit à partir de quatre images originelles de nature film A, B, C et D. Deux trames impaire et paire Ai et Ap, Bi et Bp, Ci et Cp, Di et Dp sont extraites de chacune d'entre elles, la trame impaire étant formée avec les lignes impaires de l'image originelle et la trame paire avec ses lignes paires.Puis une nouvelle suite d'images de fréquence 30 Hz est formée en répétant deux de ces huit trames Ai et
Cp, et en regroupant Ai et Ap, Ai et Bp, Bi et Cp, Ci et Cp, Di et
Dp de façon à former cinq images F1 à F5. Cette suite d'images laisse ainsi apparaître un motif dit motif film : la première trame de l'image FI est égale à la première trame de l'image F2, et la seconde trame de l'image F3 est égale à la seconde trame de l'image
F4. Ces notations F1 à F5, appelées type d'image, seront prises comme référence dans la suite de la description pour indiquer la position d'une image de nature film par rapport à la période de transformation.
Cp, et en regroupant Ai et Ap, Ai et Bp, Bi et Cp, Ci et Cp, Di et
Dp de façon à former cinq images F1 à F5. Cette suite d'images laisse ainsi apparaître un motif dit motif film : la première trame de l'image FI est égale à la première trame de l'image F2, et la seconde trame de l'image F3 est égale à la seconde trame de l'image
F4. Ces notations F1 à F5, appelées type d'image, seront prises comme référence dans la suite de la description pour indiquer la position d'une image de nature film par rapport à la période de transformation.
C'est ce motif qui constitue le signe caractéristique à rechercher pour détecter une suite d'images de nature film parmi un flot de signaux entrants, et le pré-traitement prévu consiste à éliminer avant le codage les deux trames supplémentaires Ai et Cp qui constituent de l'information redondante.
Ainsi l'identification du motif film dans une suite d'images se fait par comparaison des premières trames d'une première et d'une seconde image, et par comparaison des secondes trames d'une troisième et d'une quatrième image. I1 est donc nécessaire d'utiliser pour ces comparaisons une fenêtre de recherche comprenant au moins quatre images. Le déplacement de cette fenêtre de recherche pour l'identification du motif film dans une suite d'images peut se faire selon plusieurs schémas. Un premier schéma possible consisterait à la déplacer d'image en image. Un second schéma consisterait par exemple à la déplacer par groupe de quatre images.
Dans la suite de la description c'est ce premier schéma qui est retenu.
Avant de poursuivre cette description il parait cependant nécessaire de rappeler les principales caractéristiques de la norme MPEG puisque, dans un mode préférentiel de réalisation, le dispositif de codage selon l'invention lui est adapté et qu'il en résulte alors un certain nombre de contraintes.
La norme MPEG1 mise au point ces dernières années par le groupe de normalisation MPEG (Moving Pictures Expert Group), a pour objet de proposer une méthode efficace de compression d'images animées converties sous forme numérique et de données audio associées. Cette norme de codage, qui repose sur un certain nombre de techniques qu'on ne rappellera pas ici en détail, prévoit notamment de réduire la redondance temporelle dans la suite des images animées en exploitant la similitude qui peut exister entre une image de cette suite d images et les images qui la précèdent et/ou la suivent.
Plus précisément, les images peuvent appartenir à trois catégories différentes selon le mode de codage qui leur est associé.
Les images I (de l'anglais Intra-coded) sont codées indépendamment des autres images, les images P (de l'anglais Predictive-coded) sont prédites par compensation de mouvement unidirectionnelle à partir d'une image précédente ou suivante de catégorie I ou P, et les images B (de l'anglais Bidirectionally-predictive-coded) sont prédites par compensation de mouvement bidirectionnelle à partir d'une image antérieure et d'une image postérieure de catégorie I ou
P. Plusieurs images constituent un groupe d'images appelé GOP (pour
Group Of Pictures) à l'intérieur duquel elles sont placées, pour le codage, dans l'ordre dans lequel le décodeur en aura besoin (en effet une image B ne pourra pas être décodée avant l'image postérieure qui sert pour sa prédiction; elle est donc placée à sa suite pour le codage).Les images sont restituées dans leur ordre naturel à l'issue du décodage. Chaque début de GOP dispose d'un entête qui contient les caractéristiques de ce GOP. La répartition des différentes catégories d'images à l'intérieur d'un GOP répond en général (mais ce n'est pas obligatoire) aux règles suivantes. Pour permettre un accès aléatoire et une commutation de voies, chaque GOP doit être autonome, c'est-à-dire pouvoir être codé indépendamment des autres GOP. Ainsi, la première image d'un GOP est une image B et sa seconde image est une image I, ce qui signifie que la première image codée est une image I et que par conséquent le début du GOP est indépendant de ce qui le précède. De même, la dernière image du
GOP est une image de catégorie I ou P pour que la fin du GOP soit indépendante de ce qui lui succède. Enfin, la succession des images est généralement périodique : un paramètre M permet de fixer la distance entre une image P et l'image suivante de catégorie P ou I, et un paramètre N indique le nombre maximum d'images contenues dans un GOP. Dans la pratique, les images I, qui sont codées indépendamment des autres images sont plus coûteuses en information et leur usage est donc limité. Dans les exemples développés cidessous, ces règles sont respectées et le nombre d'images I par GOP est limité à un. Enfin, plusieurs GOP sont regroupés en une séquence qui contient elle-même un en-tête comportant un indicateur de début de séquence et les caractéristiques de la séquence. En particulier, il comporte la fréquence des images contenues dans la séquence. Cela signifie qu'à chaque changement de fréquence des images à coder, il faut commencer une nouvelle séquence, et donc un nouveau GOP.
P. Plusieurs images constituent un groupe d'images appelé GOP (pour
Group Of Pictures) à l'intérieur duquel elles sont placées, pour le codage, dans l'ordre dans lequel le décodeur en aura besoin (en effet une image B ne pourra pas être décodée avant l'image postérieure qui sert pour sa prédiction; elle est donc placée à sa suite pour le codage).Les images sont restituées dans leur ordre naturel à l'issue du décodage. Chaque début de GOP dispose d'un entête qui contient les caractéristiques de ce GOP. La répartition des différentes catégories d'images à l'intérieur d'un GOP répond en général (mais ce n'est pas obligatoire) aux règles suivantes. Pour permettre un accès aléatoire et une commutation de voies, chaque GOP doit être autonome, c'est-à-dire pouvoir être codé indépendamment des autres GOP. Ainsi, la première image d'un GOP est une image B et sa seconde image est une image I, ce qui signifie que la première image codée est une image I et que par conséquent le début du GOP est indépendant de ce qui le précède. De même, la dernière image du
GOP est une image de catégorie I ou P pour que la fin du GOP soit indépendante de ce qui lui succède. Enfin, la succession des images est généralement périodique : un paramètre M permet de fixer la distance entre une image P et l'image suivante de catégorie P ou I, et un paramètre N indique le nombre maximum d'images contenues dans un GOP. Dans la pratique, les images I, qui sont codées indépendamment des autres images sont plus coûteuses en information et leur usage est donc limité. Dans les exemples développés cidessous, ces règles sont respectées et le nombre d'images I par GOP est limité à un. Enfin, plusieurs GOP sont regroupés en une séquence qui contient elle-même un en-tête comportant un indicateur de début de séquence et les caractéristiques de la séquence. En particulier, il comporte la fréquence des images contenues dans la séquence. Cela signifie qu'à chaque changement de fréquence des images à coder, il faut commencer une nouvelle séquence, et donc un nouveau GOP.
La figure 3 est un exemple de construction des GOP lorsque les paramètres M et N ont été respectivement choisis égaux à 2 et 12. Dans ces conditions, et en tenant compte des contraintes exposées dans le paragraphe précédent, six formats de GOP sont possibles. Ces six formats (GOP1 à GOP6) ont été représentés à partir d'une première image B1.Le GOP1 comporte deux images B1 et
I2; le GOP2 comporte quatre images B1, I2, B3 et P4; le GOP3 comporte six images B1 à P4, suivies de B5 et P6; le GOP4 comporte huit images B1 à P6, suivies de B7 et P8; le GOP5 comporte dix images B1 à P8, suivies de B9 et PlO; le GOP6 comporte douze images B1 à P10, suivies de B11 et P12. La première image de chacun de ces
GOP est une image B (B1), la seconde est une image I (I2) et la dernière une image I (I2) ou une image P (P4, P6, P8, P10 et P12).
I2; le GOP2 comporte quatre images B1, I2, B3 et P4; le GOP3 comporte six images B1 à P4, suivies de B5 et P6; le GOP4 comporte huit images B1 à P6, suivies de B7 et P8; le GOP5 comporte dix images B1 à P8, suivies de B9 et PlO; le GOP6 comporte douze images B1 à P10, suivies de B11 et P12. La première image de chacun de ces
GOP est une image B (B1), la seconde est une image I (I2) et la dernière une image I (I2) ou une image P (P4, P6, P8, P10 et P12).
La distance entre une image P et une image P ou I est égale à 2.
La figure 4 est un exemple de construction des GOP lorsque les paramètres M et N ont été respectivement choisis égaux à 3 et 12. Dans ces conditions, et en tenant compte des contraintes exposées précédemment, quatre formats de GOP sont possibles. Ces quatre formats (GOP1 à GOP4) ont été représentés à partir d'une première image B1.Le GOP1 comporte trois images B1, B2 et I3; le
GOP2 comporte six images B1, B2, 13, B4, B5 et P6; le GOP3 comporte neuf images B1 à P6, suivies de B7, B8 et P9; le GOP4 comporte douze images B1 à P9, suivies de B10, B11 et Put2. Les première et seconde images de chacun de ces GOP sont des images B (B1 et B2), la troisième une image I (I3) et la dernière une image I (I3) ou une image P (P6, P9, et P12). La distance entre une image P et une image
P ou I est égale à 3.
GOP2 comporte six images B1, B2, 13, B4, B5 et P6; le GOP3 comporte neuf images B1 à P6, suivies de B7, B8 et P9; le GOP4 comporte douze images B1 à P9, suivies de B10, B11 et Put2. Les première et seconde images de chacun de ces GOP sont des images B (B1 et B2), la troisième une image I (I3) et la dernière une image I (I3) ou une image P (P6, P9, et P12). La distance entre une image P et une image
P ou I est égale à 3.
Dans la suite de la description, c'est le cas décrit sur la figure 3 qui est envisagé; c'est-à-dire que les paramètres M et N sont respectivement choisis égaux à 2 et 12.
Comme cela a déjà été dit, l'étage de pré-traitement 14, décrit sur la figure 1, permet d'éliminer avant le codage l'information redondante contenue dans toute suite d'images de nature film qui a été préalablement convertie à 30 Hz par la technique "3:2 pulldown". Ainsi, les images détectées comme étant de nature film sont reconverties à leur fréquence d'origine de 24 Hz avant d'arriver à l'entrée du module de compression d'images 15. Il se produit alors un changement de fréquence dans le flot de données arrivant au module 15. Ce changement de fréquence doit coïncider avec un changement de séquence, et donc avec un changement de GOP.
Or, comme cela a été exposé dans un paragraphe précédent, un GOP commence toujours par une image B. Le changement de fréquence ne peut donc pas se produire à n importe quel instant, comme on va le voir plus en détail en référence aux figures 6 à 8. Ainsi, il faut distinguer l'identification du motif film dans la suite d'images à coder, de la détection de la nature film de la suite d'images qui ne se fait que lorsqutil est possible de changer de GOP.
En effet, on a vu plus haut que l'identification du motif film dans une suite d'images de nature film nécessite l'utilisation d'une fenêtre de recherche comprenant au moins quatre images. La figure 5 illustre pour une même suite d'images la non détection du changement de nature des images entrantes avec une fenêtre de recherche comportant seulement quatre images, et sa détection avec une fenêtre de recherche contenant cinq images. Le flot d'images entrantes est constitué de six images de nature film, la première étant une image B de type F5 et les images suivantes étant des images de types Fl à F5. Lorsque la fenêtre de recherche est de taille quatre, elle contient dans une première position Wl la première image de type F5 et les images suivantes de type F1 à F3.
Le motif film n'est donc pas identifié. Dans une seconde position
W2, elle contient les images de type F1 à F4 et le motif film (T1 =
T3 et T6 = T8 dans ce cas) est alors identifié. Mais l'image de type
F1 est une image P et il est donc impossible de commencer un nouveau
GOP. Cette suite d'images sera donc détectée comme une suite de nature vidéo. Au contraire, lorsque la fenêtre de recherche est de taille cinq, elle contient dans la position W1 la première image de type F5 et les images suivantes de type F1 à F4. Le motif film (T3 =
T5 et T8 = T10 ici) est donc identifié, et la première image étant une image B, il est possible de changer de GOP. La suite d'images est donc détectée comme une suite de nature film.Il faut noter que si la première image de type F1 avait été une image B, la suite d'images aurait été détectée comme une suite d'images de nature film dans les deux cas. En effet, lorsque la fenêtre est de taille cinq, elle contient dans la position W2 les images de type F1 à F5. Le motif film, qui correspond alors à Tl = T3 et T6 = T8, est donc identifié; la première image étant une image B, le changement de GOP est possible.
W2, elle contient les images de type F1 à F4 et le motif film (T1 =
T3 et T6 = T8 dans ce cas) est alors identifié. Mais l'image de type
F1 est une image P et il est donc impossible de commencer un nouveau
GOP. Cette suite d'images sera donc détectée comme une suite de nature vidéo. Au contraire, lorsque la fenêtre de recherche est de taille cinq, elle contient dans la position W1 la première image de type F5 et les images suivantes de type F1 à F4. Le motif film (T3 =
T5 et T8 = T10 ici) est donc identifié, et la première image étant une image B, il est possible de changer de GOP. La suite d'images est donc détectée comme une suite de nature film.Il faut noter que si la première image de type F1 avait été une image B, la suite d'images aurait été détectée comme une suite d'images de nature film dans les deux cas. En effet, lorsque la fenêtre est de taille cinq, elle contient dans la position W2 les images de type F1 à F5. Le motif film, qui correspond alors à Tl = T3 et T6 = T8, est donc identifié; la première image étant une image B, le changement de GOP est possible.
Avec une fenêtre de recherche de taille quatre, la détection du passage à une suite d'images de nature film ne peut donc se faire que sur une image de type F1 qui doit alors coïncider avec une image B. Avec une fenêtre de recherche de taille cinq, elle peut se faire sur une image de type F1 et sur une image de type F5 coïncidant avec une image B. La détection en est donc améliorée.
Toutefois, augmenter la taille de fenêtre de recherche implique d'augmenter la taille mémoire et la complexité de fonctionnement. Il s'agit de déterminer le meilleur compromis entre performance de détection et complexité de fonctionnement.
Dans le cas d'une fenêtre de recherche de taille quatre, les risques de non détection d'une suite d'images de nature film sont évalués ci-dessous. Deux cas peuvent se produire : la non détection du début d'une longue suite d'images de nature film, et la non détection d'une suite brève d'images de nature film, isolée entre deux suites d'images vidéo. La figure 6 illustre le premier cas. Elle représente une suite d'images comportant une première image de nature vidéo V, suivie d'une succession d'images de nature film de type Fj (j étant un entier variant de 1 à 5). Cette suite d'images de nature film commence par une image de type F2. Lorsque la fenêtre de recherche est dans une première position W1, elle contient la première image de nature vidéo V suivie de trois images de nature film de type F2 à F4. La suite d'images correspondante ne comporte pas d'image de type F1. Le motif film ne pouvant être identifié, la nature film des images de la suite n'est pas détectée.
Lorsque la fenêtre de recherche est dans la position W2, elle contient quatre images de nature film de type F1 à F4 et le motif film est identifié. Mais l'image de type F1 étant une image P, il n'est pas possible de changer de GOP. Les images de cette seconde suite sont donc elles aussi détectées comme des images de nature vidéo. Le paramètre M étant choisi égal à 2, lorsque la fenêtre de recherche est dans une troisième position W3 qui contient les quatres images de nature film suivantes de type Fl à F4, l'image de type Fl est une image B. Il est alors possible de changer de GOP et ces images sont détectées comme des images de nature film.Les 9 images comprises entre la première image de type F2 et la dernière image de type F5, sont des images de nature film non détectées comme telles. Ce scénario correspond au pire des cas de non détection au début d'une longue suite d'images de nature film, c'est-à-dire au cas où le nombre d'images de nature film non détectées comme telles est maximum.
La figure 7 illustre le second cas. Elle représente une première image de nature vidéo V suivie d'une succession d'images de nature film de type Fj (où j est un entier variant de 1 à 5) commençant par une image de type F2, cette succession d'images de nature film étant elle-même suivie d'images de nature vidéo V. Le scénario correspondant aux positions W1 et W2 de la fenêtre de recherche est le même que celui exposé sur la figure 6. Mais lorsque la fenêtre de recherche est dans la troisième position W3, elle ne contient que trois images de nature film de type F1 à F3, suivies d'une image de nature vidéo V. Le motif film n'est donc pas identifié et, bien que l'image de type F1 soit une image B, les images de nature film ne sont pas détectées comme telles.
Finalement, 12 images de nature film (de la première image F2 à la dernière image F3) ont été détectées comme des images de nature vidéo. Ce scénario correspond au pire des cas de non détection d'une suite isolée d'images de nature film, c'est-à-dire au cas dans lequel la longueur de la suite non détectée est maximum.
La non détection d'une suite isolée d'images de nature film (12 images dans le pire des cas pour une fenêtre de recherche de quatre images) dégrade légèrement la qualité des images. Mais elle permet d'éviter des transitions trop fréquentes d'un mode de fonctionnement à l'autre. La non détection des toutes premières images d'une longue suite d'images de nature film (9 dans le pire des cas pour une fenêtre de recherche de quatre images) est inévitable. Elle pourrait être améliorée en augmentant la taille de la fenêtre de recherche au détriment de la complexité de fonctionnement et de l'espace mémoire nécessaire. Toutefois une taille de fenêtre de quatre images semble présenter un bon compromis entre performance et complexité de la méthode utilisée. Dans la suite de la description, c'est donc cette solution qui est retenue.
I1 en résulte que la détection du passage à une suite d'images de nature film a toujours lieu sur une image de type F1, et que les GOP d'images de nature film ont une longueur multiple de 4 (ctest-à-dire 4, 8 ou 12). En conséquence, et puisque M = 2, un GOP de film se termine toujours par une image P.
Ces diverses précisions ayant été apportées, il est maintenant possible de décrire, relativement à la figure 8, un exemple de mise en oeuvre d'un dispositif de codage selon l'invention, dans le cas où les moyens de codage comprennent un codeur de type MPEG.
Le flot d'images arrivant sur l'entrée 51 est stocké dans une mémoire d'images 52 permettant de contenir quatre images simultanément. Les trames de ces images sont numérotées dans l'ordre d'arrivée de T1 à T8. Les trames T1, T3, T6 et T8 sont fournies à un comparateur 53 pour qu'il identifie la présence éventuelle du motif film : T1 = T3 et T6 = T8. Le comparateur 53 a accès en lecture et en écriture au contenu de deux mémoires : une mémoire de mode de lecture 54 et une mémoire de type d'image 55. La mémoire de mode de lecture 54 contient le mode de lecture courant (film ou vidéo) de la mémoire d'images 52 (le contenu par défaut de la mémoire de mode de lecture 54 est le mode vidéo).La mémoire de type d'image 55 contient un entier compris entre 1 et 5 correspondant au type (Fl,
F2, F3, F4 ou F5) de l'image courante de nature film. Sur activation du comparateur 53, un circuit de détection de mouvement 57 vérifie, en comparant les trames TI, T2, T4, T5, T6 et T7, que la suite d'images contenue dans la mémoire d'images 52 est animée. De même, sur activation du circuit de détection de mouvement, un circuit de contrôle 56 détermine, en fonction de la catégorie de l'image précédemment codée et des paramètres M et N utilisés, s'il est possible de créer un nouveau GOP. Le circuit de contrôle 56 a accès en écriture à la mémoire de mode de lecture 54 et à la mémoire de type d'image 55. Les images contenues dans la mémoire d'images 52 sont lues par un circuit de lecture 58 selon le mode de lecture contenu dans la mémoire de mode de lecture 54.Lorsqu'il s'agit du mode film, seules certaines trames de la mémoire d'images 52 doivent être lues. Elles sont déterminées par le type de 1 image courante qui est lui-même fourni au circuit de lecture 58 par la mémoire de type d'image 55. Le circuit de lecture 58 transmet les trames lues dans la mémoire d'images 52 au circuit de compression d'images 15.
F2, F3, F4 ou F5) de l'image courante de nature film. Sur activation du comparateur 53, un circuit de détection de mouvement 57 vérifie, en comparant les trames TI, T2, T4, T5, T6 et T7, que la suite d'images contenue dans la mémoire d'images 52 est animée. De même, sur activation du circuit de détection de mouvement, un circuit de contrôle 56 détermine, en fonction de la catégorie de l'image précédemment codée et des paramètres M et N utilisés, s'il est possible de créer un nouveau GOP. Le circuit de contrôle 56 a accès en écriture à la mémoire de mode de lecture 54 et à la mémoire de type d'image 55. Les images contenues dans la mémoire d'images 52 sont lues par un circuit de lecture 58 selon le mode de lecture contenu dans la mémoire de mode de lecture 54.Lorsqu'il s'agit du mode film, seules certaines trames de la mémoire d'images 52 doivent être lues. Elles sont déterminées par le type de 1 image courante qui est lui-même fourni au circuit de lecture 58 par la mémoire de type d'image 55. Le circuit de lecture 58 transmet les trames lues dans la mémoire d'images 52 au circuit de compression d'images 15.
Les données contenues dans la mémoire d'images 52 correspondent à tout instant à celles contenues dans la fenêtre de recherche. Pour chaque position de la fenêtre de recherche, le dispositif décrit sur la figure 8 réalise les opérations suivantes.
Le comparateur 53 lit dans la mémoire d'images 52 les trame T1, T3, T6 et T8 et recherche le motif film (T1 = T3 et T6 =
T8).
T8).
- Si le motif film est identifié, les trames T1 et T2 correspondent à une image de nature film de type F1. Le comparateur 53 lit alors le contenu de la mémoire de mode de lecture 54 pour connaître le mode de lecture utilisé à l'étape précédente. Deux cas peuvent alors se présenter
- il s'agissait déjà du mode film : le comparateur 53 réinitialise à 1 la valeur contenue dans la mémoire de type d'image 55, et il ne modifie pas le contenu de la mémoire de mode de lecture 54.
- il s'agissait déjà du mode film : le comparateur 53 réinitialise à 1 la valeur contenue dans la mémoire de type d'image 55, et il ne modifie pas le contenu de la mémoire de mode de lecture 54.
- il s'agissait du mode vidéo : le comparateur 53 envoie un ordre d'activation au circuit de détection de mouvement 57 pour qu'il vérifie, avant tout changement de mode de lecture, que la suite d'images est effectivement animée.
- Si le motif film n'est pas identifié, le comparateur 53 lit le contenu de la mémoire de mode de lecture 54 pour connaître le mode de lecture précédemment utilisé. Deux cas peuvent alors se présenter:
- il s' agissait du mode vidéo : aucune modification n'est nécessaire.
- il s' agissait du mode vidéo : aucune modification n'est nécessaire.
- il s'agissait du mode film : le comparateur 53 lit le contenu de la mémoire de type d'image 55 pour connaître le type de l'image précédente. Si c'est une image de type F5, cela signifie qu'il y a passage du mode film au mode vidéo, et le comparateur 53 inscrit le nouveau mode de lecture dans la mémoire de mode de lecture 54 (une séquence d images de nature film se terminant toujours sur une image P, il est inutile de vérifier que le changement de GOP est autorisé). Sinon, cela signifie qu'une suite d'images de nature film est en cours. Le contenu de la mémoire de type d'image 55 est incrémenté de un.
Le circuit de détection de mouvement 57, lorsqu'il est activé par le comparateur 53, lit les trames T1, T2, T4, T5, T6 et
T7 dans la mémoire d'images 52. Puis il vérifie que la suite d'images est animée (pour cela il suffit que l'une des inégalités suivantes soit vérifiée : T1 T5, Tut;47, T5gT7, T2 T4, T4 T6 ou T2-T6). Si la suite est fixe, il est inutile de changer de mode de lecture. Le circuit de détection de mouvement 57 n' envoie donc un ordre d'activation au circuit de contrôle 56 que lorsque la suite est animée.
T7 dans la mémoire d'images 52. Puis il vérifie que la suite d'images est animée (pour cela il suffit que l'une des inégalités suivantes soit vérifiée : T1 T5, Tut;47, T5gT7, T2 T4, T4 T6 ou T2-T6). Si la suite est fixe, il est inutile de changer de mode de lecture. Le circuit de détection de mouvement 57 n' envoie donc un ordre d'activation au circuit de contrôle 56 que lorsque la suite est animée.
Le circuit de contrôle 56 est activé par le circuit de détection de mouvement 57 lorsqu'il y a passage du mode vidéo au mode film. I1 vérifie à partir de la catégorie (I, P ou B) de l'image précédemment transmise et en fonction des paramètres M et N utilisés si l'image à transmettre est une image B. Dans ce cas, il initialise à un le contenu de la mémoire de type d'image 55, puis il inscrit dans la mémoire de mode de lecture 54 que le nouveau mode de lecture est le mode film. Sinon, il n'est pas possible de créer un nouveau GOP, le changement de nature de la suite d'images n'est pas détecté et le contenu des mémoires 54 et 55 n'est pas modifié.
Le circuit de lecture 58 lit à intervalle de temps régulier deux trames dans la mémoire d'images 52 selon le mode de lecture fourni par la mémoire de mode de lecture 54. S'il s'agit du mode film, le circuit de lecture 58 lit le type de l'image courante dans la mémoire de type d'image 55, de façon à connaître l'emplacement des trames à lire, dans la mémoire d'images 52.
Toutes les comparaisons citées ci-dessus doivent être de préférence réalisées sur la luminance et sur la chrominance. De plus, les relations d'égalité ne sont vérifiées que si la répétition "3:2 pulldown" a été réalisée numériquement et si aucun traitement analogique ne l'a suivie. Dans le cas contraire la notion d'égalité doit être redéfinie. I1 est par exemple possible de compter les points des trames considérées pour lesquels la luminance et/ou la chrominance diffèrent de moins d'une première quantité prédéfinie.
Si le nombre de ces points dépasse un certain pourcentage, et si les autres points diffèrent en luminance et/ou en chrominance de moins d'une seconde quantité prédéfinie, les trames sont considérées comme étant égales.
La figure 9 représente, pour un exemple de suite d'images, les trames lues par le circuit de lecture 58. Elle représente une suite de 10 images, composée d'une première image de nature vidéo dont les trames sont numérotées Vi1 et Vp1, suivie d'une succession de 8 images de nature film dont les trames sont respectivement numérotées Ai2, Ap2, Ai3, Bp3, Bi4, Cp4, Ci5, Cp5,
Di6, Dp6, Ai'7, Ap'7, Ai'8, Bp'8, Bi'9 et Cp'9, elle-même suivie d'une succession d'images vidéo dont seule la première image est représentée. Ses deux trames sont numérotées Vi10 et Vp10. Le dispositif réalise successivement les opérations suivantes - Dans sa position W1, la fenêtre de recherche contient les trames Vi1 à Cp4.Le motif film n'est pas identifié, la lecture de la mémoire d'images 52 se fait en mode vidéo et ce sont donc les trames T1 et T2 (c'est-à-dire Vi1 et Vp1) qui sont lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image P.
Di6, Dp6, Ai'7, Ap'7, Ai'8, Bp'8, Bi'9 et Cp'9, elle-même suivie d'une succession d'images vidéo dont seule la première image est représentée. Ses deux trames sont numérotées Vi10 et Vp10. Le dispositif réalise successivement les opérations suivantes - Dans sa position W1, la fenêtre de recherche contient les trames Vi1 à Cp4.Le motif film n'est pas identifié, la lecture de la mémoire d'images 52 se fait en mode vidéo et ce sont donc les trames T1 et T2 (c'est-à-dire Vi1 et Vp1) qui sont lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image P.
- La fenêtre de recherche se déplace dans une position W2 dans laquelle elle contient les trames Ai2 à Cp5. Les deux premières trames de la fenêtre forment une image de type F1. Le motif film est alors identifié. Or l'image lue à l'étape précédente étant une image
P, l'image formée par les deux trames qui vont être lues à cette étape-ci est une image B. Le changement de GOP est donc possible on passe au mode de lecture film. Ce sont les trames Tt et T2 qui sont lues par le circuit de lecture 58 (c'est-à-dire Ai2 et Ap2).
P, l'image formée par les deux trames qui vont être lues à cette étape-ci est une image B. Le changement de GOP est donc possible on passe au mode de lecture film. Ce sont les trames Tt et T2 qui sont lues par le circuit de lecture 58 (c'est-à-dire Ai2 et Ap2).
- Dans sa position W3, la fenêtre de recherche contient les trames
Ai3 à Dp6. Les deux premières trames de la fenêtre forment une image de type F2, le mode de lecture reste donc le mode film, et ce sont les trames T3 puis T2 (c'est-à-dire Bi4 et Bp3) qui sont lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image I.
Ai3 à Dp6. Les deux premières trames de la fenêtre forment une image de type F2, le mode de lecture reste donc le mode film, et ce sont les trames T3 puis T2 (c'est-à-dire Bi4 et Bp3) qui sont lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image I.
- Dans sa position W4, la fenêtre de recherche contient les trames
Bi4 à Ap'7. Les deux premières trames de la fenêtre forment une image de type F3. Les trames T3 et T2 (Ci5 et Cp4) sont donc lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image
B.
Bi4 à Ap'7. Les deux premières trames de la fenêtre forment une image de type F3. Les trames T3 et T2 (Ci5 et Cp4) sont donc lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image
B.
- Dans sa position W5, la fenêtre de recherche contient les trames Ci5 à Bp'8. Les deux premières trames de la fenêtre forment une image de type F4 : aucune trame n'est lue par le circuit de lecture 58.
- Dans sa position w6, la fenêtre de recherche contient les trames
Di6 à Cp'9. Les trames T1 et T2 (Di6 et Dp6), qui forment une image de type F5, sont lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image P.
Di6 à Cp'9. Les trames T1 et T2 (Di6 et Dp6), qui forment une image de type F5, sont lues par le circuit de lecture 58. L'image correspondante est une image P.
- Dans sa position W7, la fenêtre de recherche ne contient pas un motif film complet. Or l'image lue à l'étape précédente est une image P. Le changement de GOP est donc possible : le mode de lecture repasse en mode vidéo. Ainsi, le circuit de lecture 58 lit, à chaque étape à partir de cet instant, les trames T1 et T2 (ctest-à-dire dans l'ordre chronologique les trames Ai'7, Ap'7, Ai'8, Bp'8, Bi'9, Cp'g, Vi10 et Vp10 qui correspondent respectivement à des images de catégorie B, I, B et P.
Réciproquement, lorsqu'une suite d'images comprenant alternativement des séquences d'images de nature film et des séquences d'images de nature vidéo a été transmise après traitement par un dispositif de codage tel que celui qui vient d'être décrit en référence à la figure 8, cette suite d'images est décodée, conformément à l'invention, à l'aide d'un dispositif de décodage tel que celui décrit sur la figure 10.
Comme le montre la figure 10, un flot de données au format MPEG arrive par l'entrée 101 du dispositif de décodage qui est connectée d'une part à l'entrée d'un module 102 de restitution des suites d'images préalablement codées constitué d'un décodeur classique de type MPEG, et d'autre part à des moyens 103 de lecture de la fréquence des séquences entrantes. Les données décodées issues de ce décodeur 102 sont dirigées vers un commutateur 104 commandé par les moyens de lecture 103. Ainsi, le commutateur 104 dirige le flot des données décodées directement vers la sortie 105 du dispositif de décodage lorsqu'il s'agit d'images de nature vidéo, ou par l'intermédiaire d'un étage 106 de conversion "3:2 pulldown" lorsqu'il s'agit d'images de nature film. Une fois leur fréquence convertie à 30 Hz, ces images sont délivrées sur la sortie 105 du dispositif de décodage et peuvent être diffusées sur un système de télévision fonctionnant à 60 Hz.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention.
En particulier, les paramètres M et N, la taille de la fenêtre de recherche (qui entraîne une modification de la taille de la mémoire d'images utilisée) et l'amplitude de son déplacement peuvent avoir des valeurs différentes de celles utilisées dans la description.
Claims (7)
1. Dispositif de codage de signaux numériques, dits signaux d'entrée, correspondant à des suites d'images constituées d'images de nature vidéo et d'images de nature film, comportant - des moyens (11) de codage des signaux d'entrée, - des moyens (12) de détection des suites d'images de nature film parmi un flot de signaux d'entrée, - des moyens (13) de commutation, en réponse à la détection, d'un premier à un second mode de fonctionnement des moyens de codage, caractérisé en ce que - les moyens (12) de détection comportent un circuit de repérage d'au moins un signe caractéristique d'une suite d'images de nature film, - les moyens (11) de codage comportent, dans le second mode de fonctionnement exclusivement, un étage (14) de pré-traitement des signaux d'entrée à coder.
2. Dispositif de codage selon la revendication 1, dans lequel des images originelles de nature film, de fréquence inférieure à celle d'images de nature vidéo dans un rapport déterminé, ont été préalablement séparées en deux trames entrelacées puis, par duplication d'un nombre approprié de ces trames, fixé par ledit rapport, ramenées à la même fréquence que les images de nature vidéo, caractérisé en ce que ledit signe caractéristique est le motif, dit motif film, formé par ces trames dupliquées dans une suite d'images, et en ce que le pré-traitement prévu dans le second mode de fonctionnement en réponse à la détection du motif film consiste à réaliser une conversion inverse de fréquence en éliminant, avant le codage, les trames introduites par duplication.
3. Dispositif de codage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (11) de détection comportent - une mémoire d'images (52) pour le stockage d'une suite d'images suffisamment longue pour permettre la détection du motif film, - un comparateur (53) pour détecter le motif film dans cette suite d'images.
4. Dispositif de codage selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel les moyens (11) de codage comportent un codeur (15) de type MPEG n'autorisant le codage que par groupe d'images de longueur prédéterminée, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) comportent un circuit de contrôle (56) pour vérifier qu'une conversion de fréquence est autorisée pour l'image courante, compte tenu des contraintes de codage.
5. Dispositif de codage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) comportent un circuit (57) de détection de mouvement entre les trames de la suite d'images qui ne constituent pas le motif film, pour interdire, en l'absence de mouvement, la commutation vers le second mode de fonctionnement.
6. Dispositif de codage selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'étage (14) de pré-traitement comporte un circuit de lecture (58) pour ne lire dans la mémoire d'images (52), à intervalles de temps réguliers, que les trames entrelacées qui correspondent à une image originelle de nature film.
7. Dispositif de décodage de signaux, dits signaux codés, correspondant à des suites d'images organisées en séquences d'images de nature vidéo et d'images de nature film préalablement codées, qui comporte un module (102) de restitution des suites d'images, caractérisé en ce qu'il comporte également - des moyens (103) de lecture de la fréquence d'une séquence d'images dans un flot de signaux codés, - des moyens (104) de commutation, en réponse à la lecture de fréquence, d'un premier à un second mode de fonctionnement du module (102) de restitution des suites d'images, le module (102) de restitution des suites d'images comportant, dans le second mode de fonctionnement exclusivement, un étage (106) de conversion de la fréquence des images décodées de nature film à la fréquence des images de nature vidéo.
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| JP3767916B2 (ja) | 2006-04-19 |
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