FR2728129A1 - Dispositif de multiplexage numerique de programmes video - Google Patents

Dispositif de multiplexage numerique de programmes video Download PDF

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Abstract

Le dispositif d'émission de plusieurs programmes vidéo sur un canal de transmission ayant une capacité de débit déterminée, comprend, pour chaque voie de programme alimentant un multiplexeur, un codeur vidéo ayant un débit de codage programmable trame par trame. Il comporte sur chaque voie de programme, une mémoire d'image (20) ayant une capacité d'au moins une trame, placée en amont du codeur programmable (16), et un codeur auxiliaire (22) recevant les trames d'entrée successives, avec une trame d'avance sur le premier codeur. Des moyens (26) de comparaison de la qualité des trames codées par les codeurs auxiliaires, entre elles ou avec une référence, commandent le débit de codage pour équilibrer les qualités des sorties des différents codeurs.

Description

DISPOSITIP DE MULTIPLEXAGE NUMERIQUB DE PROCRAMMBS VIDEZ
La présente invention concerne les dispositifs d'émission de plusieurs programmes vidéo, chacun sous forme d'un flux binaire de données représentant des trames successives, sur un canal de transmission ayant une capacité de débit déterminée, le dispositif comprenant, pour chaque voie de programme alimentant un multiplexeur attaquant le canal, un codeur vidéo ayant un débit de codage programmable.
Le terme 't rame' doit être interprété dans un sens large. Il peut désigner l'ensemble des données vidéo nécessaires pour reconstituer une image complète en balayage progressif, l'ensemble des données nécessaires pour reconstituer une trame paire ou impaire en balayage entrelacé, voire même des données d'assistance permettant de reconstituer une image à partir d'une image précédente.
L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans les dispositifs d'émission suivant la norme vidéo MPEG2, qui a fait l'objet de la recommandation UIT-TH262 (ISO/CEI)13818-2 publiée en juin 1994 par l'union Internationale des Télécommunica- tions).
La norme MPEG2 prévoit la mise en oeuvre d'algorithmes de compression permettant de générer des flux de débit modifiables pour des images de résolution standard (annexe
D.4 à la recommandation ci-dessus). Cette possibilité est notamment utilisée lors du codage d'un film en temps différé pour enregistrement sur un support de stockage.
Les canaux de transmission ont une capacité limitée. La solution utilisée à l'heure actuelle lorsque plusieurs programmes sont multiplexés sur un même canal (canal satellite par exemple) consiste à définir a priori, pour chaque programme, le débit maximum qu'il doit appliquer au multiplexeur. Cette solution est peu satisfaisante car elle utilise mal les ressources du canal. En effet, la richesse des informations vidéo transmises dans chacun des programmes est très variable. A un instant donné, il est statistiquement probable qu'un codeur au moins a alors à sa disposition un débit supérieur à celui qui lui est nécessaire, alors qu'un autre codeur devra appliquer un taux de compression réduisant la qualité iconographique de limage, du fait qu'il dispose d'un débit insuffisant.
La présente invention vise notamment à fournir un dispositif d'émission du type ci-dessus défini répondant mieux que ceux antérieurement utilisés aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'utiliser au mieux la capacité du canal de transmission.
L'invention utilise dans ce but l'existence de codeurs permettant de coder chaque trame à un débit différent de la précédente. Elle utilise également le fait que l'on sait analyser les informations provenant du codage pour déterminer la qualité iconographique de l'image obtenue.
L'invention propose en conséquence un dispositif qui comporte
- sur chaque voie de programme, une mémoire d'image ayant une capacité d'au moins une trame, placée en amont du codeur, et un codeur auxiliaire recevant les trames d'entrée successives en même temps que la mémoire
- des moyens de comparaison de la qualité des trames codées par les codeurs auxiliaires de chaque voie, entre elles ou avec une référence, et de commande du débit de codage sur les différentes voies pour équilibrer les qualités des sorties des différents codeurs.
Dans le cas particulier de la norme MPEG2, qui prévoit des flux compressés dont le débit est compris entre 2 et 15 Mbits/s en profil principal-niveau principal, et de la transmission sur un canal satellite, le cas le plus fréquent est celui de la transmission de cinq programmes sur le meme canal. Dans ce cas, l'invention permettra, au lieu d'affecter de façon arbitraire 8 Mbits/s à chaque voie de programme me, d'adapter à tout moment le débit utilisé à la richesse de l'image. Le flux vidéo codé a un débit adapté et est ensuite fractionné en paquets répartis en séquences.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple. La description se réfère à la figure qui l'accompagne et qui est un synoptique simplifié, montrant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, dans le cas d'un dispositif à deux codeurs alimentant un même canal.
Le dispositif dont la constitution de principe est montrée en figure 1 comporte deux voies vidéo de programme 101 et 102 alimentant un multiplexeur 12 qui attaque des circuits de modulation et de transmission non représentés, car ils ne sont pas concernés par l'invention. Chaque voie de programme comporte, en plus du flux vidéo, un flux binaire représentant le son et un flux d'informations de service. Ils peuvent être ajoutés au flux vidéo en amont du multiplexeur 12. Dans la pratique, les circuits de mise en paquet, de multiplexage des données vidéo, de son et de service et de constitution de file d'attente seront effectués dans des circuits 14a et 14b qu'il n'est pas nécessaire de décrire ici.
Chaque voie vidéo de programme comprend un codeur programmable 16 à débit variable, ayant une entrée de commande du taux de compression 18. Le flux vidéo à coder est appliqué au codeur à débit variable 16 par l'intermé- diaire d'une mémoire d'image 20 ayant une capacité au moins égale à une trame. Des moyens de synchronisation non représentés permettent l'écriture en mémoire 20 au fur et à mesure de l'arrivée du flux vidéo correspondant à une trame complète, et la lecture en mémoire avec un retard tel que le codeur à débit variable 16 reçoive le flux vidéo avec un retard d'une trame.
Chaque voie comporte également un codeur auxiliaire 22 qui reçoit le flux vidéo en même temps que la mémoire 20. Le codeur auxiliaire 22 est prévu pour coder chaque trame avec un débit fixe, qui sera en général tel que les ressources affectées à chacun des canaux soient les mêmes. Dans le cas d'un canal satellite pouvant admettre un débit de 40
Mbits/s, le codeur auxiliaire 22 sera alors prévu pour coder chaque image au débit vidéo compatible avec un débit sur le canal satellite de 8 Mbits/s.
Le codeur auxiliaire 22 est d'un type permettant d'analyser les informations résultant du codage et de fournir un indice de qualité iconographique. On connaît déjà des codeurs capables de fournir une telle information de sortie. En particulier, un codeur de ce type est disponible auprès de la société C-Cube Microsystems, Milpitas, California.
Divers critères d'évaluation de la qualité iconographique existent et sont utilisables. On peut notamment citer les suivants.
Une première possibilité consiste à analyser le pas de quantification moyen mis en oeuvre dans l'algorithme de passage du domaine temporel au domaine fréquentiel (algorithme de transformation en cosinus discrète en général). Un pas de quantification donné correspond à un débit. Lorsque l'image est complexe, le codeur vidéo augmente le pas de quantification au cours de la trame pour ne pas augmenter de façon excessive le nombre d'octets représentant l'image.
L'analyse du pas de quantification moyen final permet de savoir si le codeur aurait eu besoin d'un débit plus important pour représenter l'image de façon satisfaisante et donc quelle qualité il a obtenu avec le débit programmé.
Une seconde possibilité consiste à effectuer une statistique sur les différentes natures de représentation utilisées pour le codage. Une image très active temporellement requiert un profil de bloc de pixel différent de celui d'une image peu active.
Dans le cas particulier du codage MPEG2, qui utilise des images à codage intra-trame (images I) codées sans référence à d'autres images, des images à codage prédictif (images P) et des images codées par prédiction bidirectionnelle (images B), une statistique sur le nombre respectif de macroblocs utilisés permet d'évaluer le niveau d'activité d'une image et en déduire un indice de qualité pour un taux de compression donné.
Enfin, une autre possibilité consiste à mesurer le rapport signal à bruit entre limage avant codage et l'image après codage.
Le dispositif de codage comprend encore un processeur 26 qui reçoit les indications de qualité iconographique fournies par les deux codeurs auxiliaires 22, qui jouent un rôle d'estimateurs de qualité. Les codeurs auxiliaires 22 sont prévus de façon qu'ils fournissent une indication de qualité au processeur 26 au bout d'une durée inférieure à la période de répétition de trame. Le processeur 26 est programmé de façon à comparer les indices de qualité qu'il reçoit soit entre eux, soit avec un indice de référence.
Si par exemple les qualités iconographiques des images codées sont comparables, le processeur 26 commande les codeurs programmables 16 de façon qu'ils utilisent le même taux de compression.
Si en revanche, les indices de qualité montrent que la qualité iconographique d'une des images codées au débit nominal est notablement inférieure à celle de l'autre image codée au même débit nominal, le processeur programme alors le codeur vidéo de la voie ayant une richesse d'image requérant un débit élevé pour que le codage par le codeur 16 correspondant s'effectue à un débit supérieur au débit nominal.
Le processeur 26 et les codeurs vidéo programmables 16 peuvent notamment être prévus pour provoquer le codage à un débit nominal et à un ou deux débits au-dessus et un ou deux débits au-dessous du taux nominal, cette solution simple étant suffisante dans la plupart des cas.
L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Le nombre de voies peut être supérieur ou inférieur à cinq. Les codeurs auxiliaires 22 qui servent d'estimateurs peuvent avoir des débits de codage. Les différentes voies peuvent se voir affecter des ressources différentes, ce qui conduit à donner aux codeurs auxiliaires 22 des débits différents.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'émission de plusieurs programmes vidéo chacun sous forme d'un flux binaire de données, constitués chacun d'une séquence vidéo représentant des trames successives, sur un canal de transmission ayant une capacité de débit déterminée, comprenant, pour chaque voie de programme alimentant un multiplexeur (12), un codeur vidéo (16) ayant un débit de codage contrôlable programmable,
caractérisé en ce qu'il comporte
- sur chaque voie de programme, une mémoire d'image (12) ayant une capacité d'au moins une trame, placée en amont du codeur programmable (16), et un codeur auxiliaire (22) recevant les trames d'entrée successives, avec une trame d'avance sur le codeur programmable, et
- des moyens (26) de comparaison de la qualité des trames codées par les codeurs auxiliaires, entre elles ou avec une référence, et de commande du débit de codage pour équilibrer les qualités des sorties des différents codeurs et utiliser la totalité de la capacité du canal.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits codeurs auxiliaires (22) sont prévus pour fournir un indice de qualité auxdits moyens de comparaison.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comprennent un processeur (26) fournissant un signal de sélection entre plusieurs débits de codage auxdits codeurs programmables (16).
4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les codeurs auxiliaires sont prévus pour coder les flux vidéo qu'ils reçoivent à un débit qui est la même fraction du débit moyen disponible sur le canal.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, destiné à émettre suivant la norme MPEG2, sur un canal satellite, caractérisé en ce qu'il comporte cinq voies de programme ayant chacune un codeur auxiliaire prévu pour un débit de 8 Mbits/s.
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