FR2782592A1 - Dispositif et procede de compression de donnees d'images recues a partir d'un capteur d'images a configuration bayer, et systeme utilisant ce dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de compression d'images reçues à partir d'un capteur d'images, comprenant : une unité d'extraction de couleurs (202) destinée à recevoir des données d'images d'entrée à partir du capteur d'images et à extraire des valeurs de couleurs rouge, vert et bleu; une unité de compression de données (204) conçue pour diviser les valeurs de couleurs par un facteur sélectionné; un circuit de codage de longueur variable (206) conçu pour réaliser un codage de longueur variable sur une sortie de l'unité de compression de données; et un circuit de mise en paquets de données (208) conçu pour organiser un flux binaire de données comprimées en plusieurs paquets en vue d'une transmission en série.L'invention concerne également un procédé pour mettre en oeuvre ce dispositif, ainsi qu'un système utilisant ce dispositif.

Description

I Dispositif et procédé de compression de données d'images reçues à partir

d'un capteur d'images à configuration Baver, et système utilisant ce dispositif La présente invention concerne, d'uhe manière générale, le traitement de données d'images et, en particulier, un dispositif et un procédé plus efficaces et plus économiques pour comprimer des données reçues à

partir d'un capteur d'images.

Le développement des techniques de compression de données d'images numériques a permis d'améliorer considérablement le stockage et le traitement des données d'images. En tirant profit de redondances inhérentes aux images naturelles, le codage et la compression des données d'images permettent une transmission plus rapide des images, une consommation d'énergie plus faible et un stockage plus compact des images. Différents algorithmes de compression ont été définis par des groupes de normes industrielles, telles que le groupe d'experts sur la photographie (JPEG) qui a défini la norme de compression pour des données d'images fixes, et le groupe d'experts pour les images animées (MPEG) qui a défini l'algorithme de compression

pour des flux binaires vidéo, audio et de système.

Les algorithmes de compression vidéo JPEG et MPEG sont fondés sur une transformée cosinus discrète (DCT) et sur une compensation de mouvement entre trames (voir

ISO/IEC JTCl/SC29/WGll, Technologie de l'information -

Codage d'images animées et audio associé pour supports de stockage numériques). La figure 1 est un schéma fonctionnel représentant une compression de données en mode DCT conventionnel. Comme on peut le voir sur la figure 1, un bloc DCT avant (FDCT) 10 reçoit des données d'images à partir d'un capteur d'images 20 et exécute l'opération DCT pour extraire des données de redondances des données d'images. Un quantificateur 12 exécute de manière indépendante une quantification en classant les valeurs de coefficients DCT provenant du FDCT 10 en une composante de courant continu et une composante de courant alternatif en fonction d'une table de quantification. Un codeur d'entropie 14 comprime les données en organisant les coefficients de courant alternatif en une rangée grâce à un codage de coefficients de courant continu différentiel et à un

balayage en zigzag.

La mise en oeuvre de ce type d'algorithme de compression de données en mode DCT exige un grand nombre de multiplieurs et d'additionneurs et impose habituellement au matériel une charge relativement lourde. Des charges aussi lourdes pèsent sur le côté récupération du système, o les données sont soumises à une décompression à l'aide d'un procédé qui exécute essentiellement l'inverse du procédé précédent. Cette approche exigeante en matière de matériel se traduit par des circuits importants et complexes et des coûts

de fabrication plus élevés.

La présente invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé de compression de données d'images qui soient efficaces et plus économiques à mettre en ouvre. La technique de compression de données de la présente invention est particulièrement adaptée pour être mise en oeuvre avec des capteurs d'images utilisant une configuration Bayer pour la matrice de pixels. D'une manière générale, la technique de compression de données selon la présente invention comporte tout d'abord l'extraction des valeurs R/G/B des données d'images captées. Elle consiste ensuite à diviser les valeurs extraites par un facteur de perte programmable et à obtenir une valeur de différence entre les valeurs R/G/B en cours et des valeurs R/G/B précédentes (en exécutant, par exemple, une modulation différentielle par impulsions codées (DPCM)). Puis, la sortie est soumise à un codage de longueur variable et mise en paquets pour être transmise sous la forme d'une image comprimée. Le taux de compression résultant est, conformément à cette technique, inférieur à celui des techniques de compression DCT, mais réduit considérablement la complexité du matériel (c'est-à-dire le nombre de portes) et permet la mise en oeuvre de systèmes plus efficaces (par exemple, une intégration sur une puce de régisseur de bus série universel (USB)). La technique de compression de données d'images de la présente invention offre par conséquent une solution alternative beaucoup plus avantageuse pour les applications qui

n'exigent pas des taux de compression maximum.

Précisément, selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif de compression d'images pour comprimer des données d'images reçues à partir d'un capteur d'images, caractérisé en ce qu'il comprend une unité d'extraction de couleurs reliée pour recevoir des données d'images d'entrée à partir du capteur d'images, unité d'extraction de couleurs qui est conçue pour extraire des valeurs de couleurs rouge, vert et bleu; une unité de compression de données reliée à l'unité d'extraction de couleurs et conçue pour diviser les valeurs de couleurs par un facteur sélectionné; un circuit de codage de longueur variable relié à l'unité de compression de données et conçu pour exécuter un codage de longueur variable sur une sortie de l'unité de compression de données; et un circuit de mise en paquets de données relié au circuit de codage de longueur variable et conçu pour organiser un flux binaire de données comprimées en plusieurs paquets en

vue d'une transmission en série.

Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de compression de données d'images reçues à partir d'un capteur d'images, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à extraire des valeurs de couleurs rouge, vert et bleu des données d'images; à diviser les valeurs de couleurs par un facteur de perte sélectionné pour obtenir des valeurs de couleurs quotients; et à coder une valeur de différence en une valeur de couleur codée en fonction d'une grandeur de la valeur de différence. Selon un troisième aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de compression de valeurs de couleurs extraites de données d'images, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: (a) initialiser des valeurs de couleurs restes et des valeurs de couleurs quotients pour un pixel précédent; (b) additionner les valeurs de couleurs restes du pixel précédent et des valeurs de couleurs d'un pixel en cours pour obtenir de nouvelles valeurs de couleurs; (c) diviser les nouvelles valeurs de couleurs par un facteur de perte pour obtenir de nouvelles valeurs de couleurs quotients et de nouvelles valeurs de couleurs restes pour le pixel en cours; (d) soustraire les nouvelles valeurs de couleurs quotients correspondant au pixel en cours des valeurs de couleurs quotients correspondant au pixel précédent; (e) actualiser les valeurs de couleurs restes et les valeurs de couleurs quotients correspondant à un pixel précédent avec les nouvelles valeurs de couleurs quotients et les nouvelles valeurs de couleurs restes; et (f) répéter les étapes (b) à (e) jusqu'à la fin

d'une ligne de pixels.

Selon un quatrième aspect de la présente invention, il est proposé un système de traitement d'images, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de capture d'images comprenant un capteur d'images, un bloc de compression de données relié pour recevoir des données d'images à partir du capteur d'images, bloc de compression de données qui est conçu pour diviser des valeurs de couleurs par un facteur sélectionné, un bloc de stockage de données relié au bloc de compression de données, et un régisseur relié au bloc de compression de données et au capteur d'images; et un dispositif de traitement d'images central relié au dispositif de

capture d'images par un bus série.

Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention,

ressortira plus clairement de la description détaillée

suivante de modes de réalisation donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel représentant une compression de données à l'aide d'un algorithme DCT conventionnel; la figure 2 est un schéma de circuits représentant un dispositif de compression de données selon la présente invention; la figure 3 est un diagramme schématique représentant une matrice de pixels à configuration Bayer; la figure 4 est un diagramme schématique représentant une extraction de couleurs R/G/B de 1/4 de trame d'une matrice de pixels à configuration Bayer, selon la présente invention; la figure 5 est un diagramme schématique représentant une extraction de couleurs R/G/B de 1/16 de trame d'une matrice de pixels à configuration Bayer, selon la présente invention; la figure 6 est un organigramme représentant des opérations de division (compression) et de calcul de différence selon la présente invention; la figure 7 représente, à titre d'exemple, une longueur variable utilisée par l'un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 8 est un diagramme schématique représentant un aspect d'un paquet de données selon la présente invention; les figures 9a à 9f représentent, à titre d'exemple, des tables de compression illustrant la compression de données selon la présente invention; et la figure 10 représente, à titre d'exemple, un système utilisant la technique de compression d'images

de la présente invention.

En se référant à la figure 2, on peut voir un dispositif de compression de données 200 selon la présente invention. Le dispositif 200 comprend une unité d'extraction de couleurs R/G/B 202 qui est reliée à un capteur d'images et qui reçoit en entrée des données d'images d'entrée. La sortie de l'unité d'extraction de couleurs 202 est reliée à une unité de compression et de modulation différentielle par impulsions codées (DPCM) 204. L'unité de compression 204 reçoit d'un régisseur extérieur (non représenté) un signal de commande indiquant une valeur de perte sélectionnée et délivre sa sortie à un circuit de codage de longueur variable 206. La sortie du circuit de codage de longueur variable 206 est reliée à un circuit de mise en paquets de données 208 qui met en paquets les données comprimées en vue de leur transmission. Une vue d'ensemble des fonctions du système de

compression de données 200 va être donnée ci-après.

L'unité d'extraction de couleurs R/G/B 202 reçoit des données d'images d'entrée à partir du capteur d'images et extrait pour chaque pixel des valeurs de'R (rouge), V (vert) et B (bleu). L'unité de compression et de DPCM 204 reçoit les valeurs de R/G/B de l'unité d'extraction de couleurs 202 et réalise un premier niveau de compression en divisant les valeurs par une valeur de

perte sélectionnée fournie par un régisseur extérieur.

La division exécutée par l'unité de compression 204 fait appel à une technique de "propagation de restes" selon la présente invention. La partie DPCM au sein de l'unité 204 agit pour obtenir la valeur de différence entre des valeurs comprimées de R/G/B en cours et précédentes. Le circuit de codage de longueur variable (VL) 206 effectue une compression statistique des données de différence. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, une combinaison nouvelle de codage VL avec complément à 1 comportant une détection des "0" et des "1" de tête permet de simplifier davantage le matériel nécessaire. Cette combinaison supprime les tables de codage VL requises

lorsqu'un codage VL avec complément à deux est utilisé.

Le circuit de mise en paquets de données 208 met en paquets les données de sortie du circuit de codage VL 206 en vue de leur transfert par l'intermédiaire d'un bus série. Un paquet nouveau est défini par la présente invention, paquet nouveau qui comprend un en-tête pour permettre une mise en paquets précise des données dans

la zone des limites des pixels.

L'unité d'extraction de couleurs R/G/B 202 extrait les valeurs de R/G/B pour transférer les données d'images du capteur d'images à un dispositif d'affichage en couleurs. Le procédé d'extraction varie en fonction de la configuration de la matrice de pixels du capteur d'images. La figure 3 est un diagramme schématique représentant une configuration de matrice

de pixels classique appelée configuration Bayer.

Conformément à la configuration Bayer, la matrice de pixels est mise en oeuvre par la répétition d'une première ligne de filtres de couleur RGRG et d'une seconde ligne de filtres de couleur GBGB. Le capteur d'images muni d'une matrice de pixels à configuration Bayer capte les couleurs spécifiques correspondant aux filtres de couleur qui recouvrent le pixel, au lieu d'obtenir toutes les informations concernant les valeurs R/G/B de chaque pixel. Par conséquent, les valeurs de couleurs finales et complètes doivent être obtenues à l'aide de ces données de couleurs spécifiques. Un certain nombre de méthodes d'extraction de couleurs différentes peuvent être utilisées conformément à la présente invention. En fonction de la qualité des couleurs d'images requise par l'application, la présente invention peut utiliser l'un de trois modes d'extraction de couleurs différents:

trame complète; 1/4 de trame et 1/16 de trame.

Conformément à la méthode d'extraction de couleurs de trame complète, une seule valeur de couleur spécifique est extraite d'un pixel spécifique, les autres valeurs de couleurs correspondant à ce pixel étant extraites d'autres pixels adjacents au pixel spécifique. Par exemple, en référence à la figure 3, la valeur de rouge (R) au niveau du pixel R33 est extraite de ce pixel R33, tandis que la valeur de vert (G) correspondant à celui-ci est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de vert (G) au niveau des quatre pixels G23, G32, G34 et G43. De même, la valeur de bleu (B) au niveau du pixel R33 est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de bleu au niveau des quatre pixels B22, B24, B42 et B44. De la même manière, la valeur de vert (G) au niveau du pixel G34 est extraite de ce

pixel G34, tandis que la valeur de rouge (R) de celui-

ci est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de rouge (R) au niveau des deux pixels R33 èt R35. La valeur de bleu (B) au niveau du pixel B44 est extraite de ce pixel, tandis que la valeur de rouge (R) au niveau de celui-ci est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de rouge (R) au niveau des quatre pixels R33, R35, R53 et R55. La valeur de vert (G) au niveau du pixel B44 est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de vert (G) au niveau des quatre pixels G34,

G43, G45 et G54.

R33 = valeur de rouge extraite du pixel R33

G33 = (G23+G32+G34+G43)/4

B33 = (B22+B24+B42+B44)/4

G34 = valeur de vert extraite du pixel G34

R34 = (R33+R35)/2

B34 = (B24+B44)/2

B44 = valeur de bleu extraite du pixel B44

R44 = (R33+R35+R53+R55)/4

G44 = (G34+G43+G45+G54)/4

Le second mode d'extraction de couleurs est le mode d'extraction de 1/4 de trame, qui réduit davantage la quantité de données. Pour réaliser une compression supplémentaire, au lieu de créer à partir de la configuration Bayer une image ayant la même taille que la matrice initiale, le dispositif de compression de données selon la présente invention crée une image comprimée qui représente un quart de la taille de la matrice initiale. En se référant à la figure 4, on peut voir une matrice de pixels correspondant à un mode de compression de 1/4 de trame. Conformément à ce mode d'extraction, les valeurs de couleurs R/G/B sont respectivement obtenues à partir d'une matrice élémentaire de 2x2 pixels (c'est-à-dire, '4 pixels). Précisément, les valeurs de couleurs R/G/B ne sont pas extraites pixel par pixel, mais en prenant comme unité élémentaire quatre pixels qui sont en fait traités comme un seul pixel à partir duquel les valeurs de couleurs sont obtenues. Ceci a pour effet de comprimer l'ensemble des données d'images en données correspondant à 1/4 de la taille ou de la longueur d'une trame. Un exemple permettra de mieux illustrer ce mode d'extraction de couleurs. En référence à la matrice de pixels élémentaire 40 qui comprend quatre pixels Rll, G12, G21 et B22, la valeur de rouge (R) pour la matrice de pixels élémentaire 40 est obtenue à partir du pixel Rll, la valeur de vert (G) est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de vert (G) des pixels G12 et G21, et la valeur de bleu (B) est extraite du pixel B22. Dans la matrice de pixels élémentaire 40' formée des quatre pixels R31, G32, G41 et B42, la valeur de bleu (B2) est obtenue à partir du pixel B42, la valeur de rouge (R2) est obtenue à partir du pixel R31, et la valeur de vert (G2) est obtenue à partir d'une valeur moyenne des valeurs de vert (G2) au niveau

des pixels G32 et G41.

Pour la matrice de pixels élémentaire 40:

R = R11

G = (G12+G21)/2

B = B22

Il Pour la matrice de pixels élémentaire 40':

R = R31

G = (G32+G41)/2

B = B42

Une troisième méthode d'extraction permettant une compression de données encore plus importante est l'extraction de couleurs d'l/16 de trame représentée sur la figure 5. Conformément à ce mode d'extraction de couleurs, les valeurs de couleurs R/G/B sont respectivement obtenues à partir d'une matrice de pixels élémentaire comportant 4 x 4 (= 16) pixels pour

une réduction de 1/16 de la longueur de la trame.

L'extraction des couleurs s'effectue en réalisant une moyenne des couleurs des différents pixels. Dans la matrice de pixels élémentaire 50, par exemple, la valeur de rouge (R) est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de rouge au niveau des pixels Rll et R33, la valeur de vert (G) est extraite d'une valeur moyenne des valeurs de vert au niveau des pixels G12, G21, G34 et G43, et la valeur de bleu (B) est obtenue à partir d'une valeur moyenne des valeurs de bleu au niveau des

pixels B22 et B44.

Pour la matrice de pixels élémentaire 50: R = (Rll+R33)/2

G = (G12+G21+G34+G43)/4

B = (B22+B44)/2

De même, pour la matrice de pixels élémentaire 50':

R = (R51+R73)/2

G = (G52+G61+G74+G83)/4

B = (B62+B84)/2

Pour les méthodes d'extraction de couleurs de 1/4 de trame et de 1/16 de trame, il est également possible d'extraire des valeurs de couleurs pour chaque matrice élémentaire de pixels à partir d'un seul pixel au lieu d'une moyenne de deux pixels. Ceci - compromet la précision des couleurs et le contraste et, par conséquent, la qualité de l'image, mais simplifie davantage le matériel nécessaire pour mettre en oeuvre

la fonction d'extraction de couleurs.

En référence maintenant à l'unité de compression et de DPCM 204, ce bloc réalise la majeure partie de la compression de la grandeur de chaque valeur de couleur des données d'images. La figure 6 est un organigramme représentant des opérations de compression et de calcul de différence selon la présente invention. La première étape (étape 60) du procédé consiste à initialiser des valeurs de couleurs quotients Rold, Gold et Bold et des valeurs de couleurs restes Rpres, Gpres et Bpres pour

un pixel précédent, en mettant celles-ci égales à "0".

Puis, au cours de l'étape 62, l'unité de compression et de DPCM 204 reçoit de l'unité d'extraction de couleurs R/G/B des valeurs de couleurs en cours Rnow, Gnow et Bnow. Au cours de l'étape 64, les valeurs de couleurs restes précédentes Rpres, Gpres et Bpres sont respectivement ajoutées aux valeurs de couleurs en cours Rnow, Gnow et Bnow pour fournir des valeurs de couleurs totales Rn, Gn et Bn. L'étape 64 exécute ainsi la fonction de propagation de restes requise par la division enseignée par la présente invention. L'aspect de la propagation des restes, selon la présente invention, permet une simulation de dégradé en vue d'une transition d'image plus régulière et, par conséquent, améliore la qualité de l'image par rapport aux approches de l'art antérieur qui, d'une manière caractéristique, ne tiennent pas compte des valeurs de

couleurs restes.

Puis, au cours de l'étape 66, de nouvelles valeurs de couleurs quotients Rq, Gq et Bq et de nouvelles valeurs de couleurs restes Rres, Gres et Bres sont obtenues grâce à la division des valeurs de couleurs totales Rn, Gn et Bn par la valeur de perte LossV. La valeur de perte LossV est programmable (fournie, par exemple, par le régisseur) et définit le taux de perte d'image au moment de la récupération et de l'affichage des valeurs de couleurs. LossV est programmée à une valeur fonction de la qualité requise de l'image et du nombre de trames (plus le nombre de trames est

important, plus LossV est élevée).

Au cours de l'étape 68, des valeurs de différence Rdiff, Gdiff et Bdiff sont obtenues en soustrayant les valeurs de couleurs quotients précédentes Rold, Gold et Bold des valeurs de couleurs quotients en cours Rq, Gq et Bq. Ensuite, au cours de l'étape 70, les valeurs de couleurs quotients précédentes Rold, Gold et Bold et les valeurs de couleurs restes précédentes Rpres, Gpres et Bpres sont respectivement actualisées à leurs

nouvelles valeurs Rq, Gq et Bq, et Rres, Gres et Bres.

Les étapes de traitement 62 à 70 ci-dessus sont répétées jusqu'à ce qu'une ligne de la matrice du capteur d'images soit terminée. Une fois qu'une ligne est terminée, une initialisation suivante est réalisée pour une nouvelle ligne et les étapes 60 à 70 sont répétées pour cette nouvelle ligne. Les valeurs de couleurs sont initialisées au début de chaque ligne puisqu'il n'existe pas de relation entre une valeur de couleur à la fin d'une ligne et une valeur de couleur au début d'une autre ligne. Ce procédé a pour avantage que, lorsqu'une erreur est générée au moment du transfert d'informations comprimées à l'unité de traitement suivante, son étendue est limitée à une

unité fondamentale d'une ligne.

Il est possible d'augmenter encore le taux de compression en modifiant légèrement le procédé de compression décrit ci-dessus. Conformément 'au procédé ci-dessus, une valeur importante pour le premier pixel se traduit par une valeur comprimée élevée en raison de la différence entre la valeur divisé du premier pixel et une valeur initiale de zéro. Par exemple, lorsqu'une valeur pour le premier pixel est 225, ce qui est nettement supérieur à la valeur initiale de zéro, et que la valeur initiale est mise à "0", on a alors un mot code de 17 bits "11111111011100001". Par

conséquent, le taux de compression est faible.

Pour augmenter le taux de compression, la présente invention met, dans un mode de réalisation proposé à titre de variante, les valeurs initiales Rold, Gold et Bold à une valeur différente de zéro. La valeur différente de zéro est déterminée en fonction de la valeur du premier pixel. Dans un mode de réalisation proposé à titre d'exemple et décrit dans le Tableau 1 suivant, une plage de valeurs du premier pixel 0-255 est divisée en huit sous-plages, et une valeur initiale différente (une valeur de 0 à 7) est attribuée à chaque sous-plage. Précisément, les valeurs initiales pour Rold, Gold et Bold peuvent être mises à l'une de huit valeurs possibles. En ajoutant trois bits qui indiquent celles des huit valeurs initiales qui est utilisée, on peut obtenir une meilleure compression pour la valeur

du premier pixel.

Tableau 1

Valeur 0-31 32-63 64-95 96-127 128- 160- 192- 224-

dpreier 159 191 223 255 premier pixel Valeur 0 1 2 3 4 5 6 7 minitiale Dans ce mode de réalisation, lorsque la valeur du premier pixel est 225, une valeur initiale est fixée à "7", c'est-à-dire "111", au lieu de "0", et l'on a un mot code à 6 bits "111101", ce qui augmente le taux de compression. Plus la valeur du premier pixel est proche d'un

multiple de 32, plus la valeur codée est faible.

Les valeurs de différence Rdiff, Gdiff et Bdiff calculées au cours de l'étape 68 sont ensuite transférées au bloc suivant, à savoir le circuit de codage VL 206. Le circuit de codage VL 206 exécute une compression statistique des données pour ainsi attribuer le mot code le plus court aux valeurs qui apparaissent le plus fréquemment. Dans le cas d'un degré de répétition important des valeurs de couleurs entre des pixels voisins, la valeur de différence qui apparaît le plus fréquemment est une valeur de "0" ou proche de "0". Ainsi, la quantité de données est considérablement réduite grâce à la présente invention du fait que le codage VL est réalisé sur les valeurs de différence et non sur la valeur réelle des couleurs. La figure 7 est un tableau illustrant un exemple de codage VL pour des valeurs de différence selon l'un des modes

de réalisation de la présente invention.

Un autre aspect de la présente invention, qui permet de réduire davantage les besoins en matériel et simplifie la mise en oeuvre de la compression des données consiste à utiliser le complément à 1 (au lieu

du complément à 2) dans le processus de codage VL.

Conformément à cette méthode, la valeur de différence s'obtient en ajoutant tout d'abord l'une des valeurs de quotient au complément à 1 de l'autre. Puis, si le résultat est positif, tous les 0 de tête sont supprimés pour donner la valeur de différence, tandis que si le résultat est négatif, tous les 1 de tête sont supprimés pour donner la valeur de différence. Le codage VL est ensuite réalisé par une combinaison de la valeur de grandeur avec la valeur de différence séparées par un

bit de délimitation (d'une manière caractéristique 0).

Ainsi, la combinaison du complément à 1 avec un détecteur de 0 et de 1 de tête, selon la présente invention, supprime la nécessité de prévoir une table de codage VL qui, sinon, serait requise pour l'approche

de codage conventionnelle utilisant le complément à 2.

Etant donné que la longueur de codage des données codées par le codeur VL 206 varie, une mise en paquets des données est réalisée avant le transfert de celles-ci par l'intermédiaire d'un bus série pour permettre au récepteur de distinguer les données codées dans le flux de bits reçus. La figure 8 représente une méthode préférée de mise en paquets de données réalisée par le circuit de mise en paquets de données 208 de la présente invention. Conformément à la présente invention, un paquet 800 est divisé en une zone d'en-tête 802 et en une zone de données d'images comprimées 804. Le paquet 800 peut, à titre d'exemple, avoir une longueur de 512 octets. La zone d'en- tête 802 se compose d'une première zone 806 de 2 octets, par exemple, qui contient des informations représentant le nombre de pixels comprimés à l'intérieur de la zone de données de 512 octets 804, et une seconde zone 808 de 2 octets, par exemple, qui contient des informations représentant le nombre de bits valides des données d'image comprimées. Les 2 bits de poids le plus fort de la première zone d'entête 806 indiquent si le paquet se situe au début de la trame ("10"), à la fin de la trame ("01") ou au milieu de la trame ("00"). Etant donné que la présente invention définit des'paquets au niveau des limites de pixels, la zone de données d'images 804 peut ne pas être entièrement remplie par des données valides, d'o la nécessité pour la zone d'en-tête 808 d'indiquer le nombre de bits valides contenus dans le paquet. Ceci peut également être vrai

pour un paquet situé à la fin du flux binaire (c'est-à-

dire pour lequel il reste moins de 512 octets). Cette méthode de mise en paquets selon la présente invention permet ainsi un degré de correction d'erreurs puisque le récepteur est en mesure de récupérer des données même lorsqu'une erreur est générée dans les lignes de transmission. Pourpermettre de mieux comprendre le mode opératoire de la technique de compression de données de la présente invention, les figures 9a à 9f sont proposées ici afin d'illustrer la compression de données pour un exemple spécifique d'images à configuration Bayer. La figure 9a représente une partie (10x4 lignes) de données d'images reçues à partir d'un capteur d'images présentant une configuration Bayer. A l'aide d'une méthode d'extraction de couleurs de 1/4 de trame, l'unité d'extraction de couleurs 202 obtient des valeurs de couleurs R/G/B pour chaque matrice élémentaire de 4x4 pixels. Les valeurs de couleurs R/G/B correspondant à la première ligne et à la seconde ligne de la matrice sont indiquées sur la figure 9b o les trois valeurs entre parenthèses correspondent aux trois valeurs de couleurs (R, G, B) pour chaque matrice élémentaire de 4x4 pixels. Ainsi, pour la première matrice de la première ligne, la valeur de couleur R est 32, la valeur de couleur G est (24+26)/2=25, et la valeur de couleur B 50, et ainsi de suite comme cela a été décrit précédemment. Après l'extraction des couleurs, une division avec propagation des restes est exécutée. Dans cet exemple, on suppose une valeur de perte LossV de 4. En se référant à la figure 9c, on peut voir les résultats de la division avec propagation des restes, obtenus au fur et à mesure de la répétition

des étapes 62 à 66 de l'organigramme de la figure 6.

Avec une valeur de perte LossV = 4, pour les premières valeurs de couleurs R/G/B extraites (32, 25, 50) de la première ligne, les premières valeurs de couleurs R/G/B quotients (Rq, Gq, Bq) sont égales à (8, 6, 12). Les valeurs de couleurs restes (Rres=0, Gres=l, Bres=2) sont propagées et ajoutées aux secondes valeurs de couleurs R/G/B extraites (35, 23, 52) pour fournir les secondes valeurs de couleurs R/G/B (Rn=35, Gn=23+1=24, Bn=52+2=54). Ce processus est répété pour les secondes valeurs de couleurs R/G/B quotients (Rq, Gq, Bq)=(8, 6, 13), la propagation des restes donnant des troisièmes valeurs de couleurs R/G/B (Rn, Gn, Bn) égales à (39, 23, 55). Les troisièmes valeurs de couleurs R/G/B quotients (Rq, Gq, Bq) deviennent (9, 7, 13), pour donner des quatrièmes valeurs de couleurs R/G/B (Rn, Gn, Bn) égales à (36, 29, 62). Ce processus se poursuit jusqu'à ce que toutes les valeurs

de couleurs aient été traitées.

La figure 9d représente les valeurs de couleurs quotients (Rq, Gq, Bq) correspondant à chaque valeur de couleur extraite pour la matrice de 4x10 pixels représentée sur la figure 9a. On notera toutefois que comme le montre l'organigramme de la figure 6, dans le mode de réalisation préféré, la fonction de différentiation exécutée par une opération de DPCM a

lieu parallèlement à la fonction de division.

Précisément, au fur et à mesure du développement des valeurs de couleurs R/G/B quotients pour chaque matrice élémentaire de pixels, l'opération de DPCM est réalisée avec les valeurs de couleurs précédentes avant la division effectuée pour la valeur de couleur R/G/B suivante. Ainsi, la matrice représentée sur la figure 9d n'est en fait obtenue à aucun moment donné et n'est proposée ici que pour illustrer plus complètement le processus de division. En revanche, la matrice visible sur la figure 9e représente la sortie réelle de l'unité de compression et de DPCM 204. A partir des secondes valeurs de couleurs R/G/B quotients (8, 6, 13) de la première ligne et en soustrayant de celles-ci les valeurs de couleurs R/G/B quotients précédentes (8, 6, 12), on obtient la valeur (0, 0, 1). Cette valeur est utilisée en entrée comme valeur de couleur pour le second pixel de la première ligne. La troisième valeur sera (9, 7, 13)-(8, 6, 13)=(1, 1, 0), et ainsi de suite. Finalement, la figure 9f représente le codage VL pour la matrice de valeurs différentielles de la figure 9e. En prenant par exemple la valeur de couleur rouge de la première valeur différentielle R/G/B de la première ligne 8: la valeur de différence est codée en codage VL par le code binaire 1000, et la grandeur par 11110, ce qui donne comme résultat "111101000". De même, un "0" est codé en codage VL par un "0", un "1" est codé en codage VL par "101", un "2" est codé en codage VL par "11010", et un "-1" est codé en codage VL

par "100".

En additionnant le nombre total de bits pour les deux lignes de la figure 9f (51 bits pour la première ligne et 57 bits pour la seconde ligne), on obtient un nombre total de 108 bits pour représenter les données d'images visibles sur la figure 9a. Pour la taille d'image initiale prise à titre d'exemple et donnée par x4x8 bits = 320 bits, une compression d'1/3 est ainsi réalisée grâce à la technique de compression de la présente invention. Au fur et à mesure que la longueur de chaque ligne augmente, le taux de compression augmente lui aussi pour donner des taux de compression encore plus élevés. Ce taux de compression n'est pas aussi élevé que celui permis par les algorithmes DCT

qui permettent des taux de compression de 1/20 à 1/100.

Toutefois, la technique de compression de la présente invention réduit considérablement les besoins en matériel nécessaires pour sa mise en oeuvre et ne requiert aucun multiplieur. Par exemple, avec les technologies actuelles, les différents blocs fonctionnels de la technique de compression de la présente invention représentés sur la figure 2 peuvent être mis en oeuvre à l'aide d'environ 5 000 portes, tandis qu'une version de compression de données du type DCT exigerait, d'une manière caractéristique, 50 000 à

70 000 portes.

En outre, la décompression d'images comprimées en mode DCT nécessite une opération cosinus complexe habituellement réalisée par des logiciels. Ceci impose une charge plus importante à la CPU, comparativement à l'algorithme de décompression plus simple qu'exigerait la présente invention. Avec une charge de décompression réduite pour la CPU, la présente invention permet à la CPU d'exécuter simultanément d'autres programmes tout en affichant des images animées. Il existe de nombreuses applications de traitement d'images, dans lesquelles les besoins en compression de données ne sont pas si importants, et dans lesquelles, par conséquent, une compression du type DCT coûteuse n'est pas nécessaire. Certains types de dispositifs de capture d'images, de caméras, d'appareils photographiques numériques ou de caméscopes constituent

des exemples de ces applications.

En se référant à la figure 10, on peut voir un schéma fonctionnel d'un système proposé à titre d'exemple d'application du dispositif de compression de données de la présente invention. Un dispositif de capture d'images, tel qu'un module de caméra 100, comprend une lentille et un porte-lentille 102 à travers lesquels l'image est appliquée à un capteur d'images 104. Le capteur d'images 104 peut être du type à transistors métal-oxyde-semi-conducteur complémentaires (CMOS) par opposition au type à dispositif à couplage de charge (CCD). La compression de données selon la présente invention est mise en oeuvre soit à l'aide d'un circuit intégré spécifique à l'application (ASIC) soit à l'aide d'une matrice de portes programmable par l'utilisateur (FPGA) 106 qui reçoit des données d'images captées à partir du capteur d'images 104. Une mémoire tampon 108 du type mémoire à accès direct dynamique (DRAM), par exemple, est reliée au circuit ASIC 106 et fournit un stockage pour les données d'images afin de faciliter le traitement de ces données. Un régisseur 110, tel qu'un régisseur de bus série universel (USB), est relié au circuit ASIC 106 et au capteur d'images 104 et facilite une interface avec un bus série universel (USB) 116. Le module de caméra comprend également un régulateur de tension d'alimentation électrique 112 contrôlé par le régisseur d'USB 110 et fournit une alimentation électrique au circuit ASIC 106 et au capteur d'images 104. L'USB peut relier le module de caméra 100 à un ordinateur personnel central 114 comprend, entre autres ressources, un circuit de commande de dispositif USB et un logiciel de décompression. Dans un système comme celui représenté sur la figure 10, la réduction importante de la taille du matériel de compression de données (circuit ASIC 106) permet d'intégrer ce matériel de compression sur la même puce que le

régisseur. Ceci aboutit à des économies substantielles.

En conclusion, la présente invention propose un dispositif et un procédé de compression de données d'images, permettant une réduction considérable de la complexité et des coûts de mise en oeuvre et une meilleure correction d'erreurs. Ces perfectionnements sont réalisés au niveau de différents blocs de mise en oeuvre comprenant une unité d'extraction de couleurs capable d'exécuter un premier niveau de compression par une réduction de la longueur de trame de, par exemple, 1/4 ou 1/16. Cette opération est suivie par une compression grâce à une division par une valeur de perte programmable, avec propagation du reste de la division pour améliorer la qualité des images. Une modulation différentielle par impulsions codées est ensuite réalisée sur les valeurs de couleurs extraites pour réduire davantage la grandeur des données d'images. Le résultat est soumis à un codage de longueur variable à l'aide d'une méthode de complément à 1 qui réduit encore la complexité de mise en oeuvre en supprimant les tables de codage VL. Finalement, les données comprimées et codées en codage VL sont mises en paquets pour être transmises par l'intermédiaire d'un bus série, mise en paquets qui améliore la correction d'erreurs.

Bien que la description précédente ait porté sur

des modes de réalisation spécifiques de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications

sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (32)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de compression d'images pour comprimer des données d'images reçues à partir d'un capteur d'images, caractérisé en ce qu'il comprend: une unité d'extraction de couleurs (202) reliée pour recevoir des données d'images d'entrée à partir du capteur d'images, unité d'extraction de couleurs (202)qui est conçue pour extraire des valeurs de couleurs rouge, vert et bleu; une unité de compression de données (204) reliée à l'unité d'extraction de couleurs (202) et conçue pour diviser les valeurs de couleurs par un facteur sélectionné; un circuit de codage de longueur variable (206) relié à l'unité de compression de données (204) et conçu pour réaliser un codage de longueur variable sur une sortie de l'unité de compression de données; et un circuit de mise en paquets de données (208) relié au circuit de codage de longueur variable (206) et conçu pour organiser un flux binaire de données comprimées en de multiples paquets (800) en vue d'une

transmission en série.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de compression de données (204) comprend un moyen de modulation différentielle (DPCM) conçu pour obtenir une différence entre deux

valeurs de couleurs divisées.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité d'extraction de couleurs (202) extrait des valeurs de couleurs pixel par pixel à

partir d'une matrice de pixels des données d'images.

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité d'extraction de couleurs (202) groupe plusieurs pixels en une matrice élémentaire et extrait pour chaque matrice élémentaire des valeurs de couleurs rouge, vert et bleu des pixels

contenus dans la matrice élémentaire.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque matrice élémentaire consiste en une matrice de 2x2 (quatre) pixels.

6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque matrice élémentaire

consiste en une matrice de 4x4 (seize) pixels.

7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de compression de données (204) propage des restes lorsqu'elle divise les valeurs

de couleurs par le facteur sélectionné.

8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la différence entre les deux valeurs de couleurs divisées est obtenue par l'exécution d'une opération de complément à 1, et en ce que le circuit de codage de longueur variable (206) supprime les 0 de tête lorsque la différence est positive, et les 1 de tête lorsque la différence est

négative.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des multiples paquets (800) comprend une zone d'en-tête (802) et une zone de

données (804).

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la zone d'en-tête (802) de chaque paquet (800) comprend une première partie (806) porteuse d'informations indiquant un nombre de pixels dans la zone de données, et une seconde partie (808) porteuse d'informations indiquant un nombre de bits

valides dans la zone de données.

11. Procédé de compression de données d'images reçues à partir d'un capteur d'images, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: extraire des valeurs de couleurs rouge, vert et bleu des données d'images; diviser les valeurs de couleurs par un facteur de perte sélectionné pour obtenir des valeurs de couleurs quotients; et coder une valeur de différence en une valeur de couleur codée en fonction d'une grandeur de la valeur

de différence.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend également, préalablement à l'étape de codage, une étape qui consiste à obtenir une valeur de différence entre une valeur de couleur quotient en

cours et une valeur de couleur quotient précédente.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape qui consiste à organiser les valeurs de couleurs codées en paquets

(800) en vue d'une transmission en série.

14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les données d'images comprennent une matrice

de couleurs à configuration Bayer.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape d'extraction comprend les étapes qui consistent à: grouper plusieurs pixels en une matrice de pixels élémentaire; et attribuer une série unique de valeurs de couleurs rouge, vert et bleu à chaque matrice de pixels élémentaire en fonction des pixels individuels contenus

dans la matrice.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d'attribution comprend: lorsqu'il existe un seul pixel d'une couleur donnée, l'utilisation de la valeur de couleur de ce pixel comme valeur de cette couleur pour la matrice de pixels élémentaire; et lorsqu'il existe de multiples pixels ayant une valeur de couleur donnée, le calcul de la moyenne des valeurs de couleurs des multiples pixels pour obtenir la valeur de cette couleur pour la matrice de pixels élémentaire.

17. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de division comprend également les

étapes de propagation de valeurs de couleurs restes.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape de propagation comprend une étape qui consiste à ajouter la valeur de couleur reste d'une première valeur de couleur à une seconde valeur de couleur avant division de cette dernière par la valeur

de perte sélectionnée.

19. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape d'obtention de valeurs de différence comprend les étapes qui consistent à: former un complément à 1 de la valeur de quotient en cours; et ajouter le complément à 1 de la valeur de

quotient en cours à la valeur de quotient précédente.

20. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape d'organisation des valeurs de couleurs codées en paquets (800) comprend les étapes qui consistent à: grouper plusieurs valeurs de couleurs codées en un flux binaire série ayant une grandeur donnée à l'intérieur d'une zone de données (804); et ajouter devant le flux binaire série une zone d'en-tête (802) définissant la grandeur en flux binaire.

21. Procédé de compression de valeurs de couleurs extraites de données d'images, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: (a) initialiser des valeurs de couleurs restes et des valeurs de couleurs quotients pour un pixel précédent; (b) ajouter les valeurs de couleurs restes du pixel précédent à des valeurs de couleurs d'un pixel en cours pour obtenir de nouvelles valeurs de couleurs; (c) diviser les nouvelles valeurs de couleurs par un facteur de perte pour obtenir de nouvelles valeurs de couleurs quotients et de nouvelles valeurs de couleurs restes pour le pixel en cours; (d) soustraire les nouvelles valeurs de couleurs quotients correspondant au pixel en cours des valeurs de couleurs quotients correspondant au pixel précédent; (e) actualiser les valeurs de couleurs restes et les valeurs de couleurs quotients correspondant à un pixel précédent avec les nouvelles valeurs de couleurs quotients et les nouvelles valeurs de couleurs restes; et (f) répéter les étapes (b) à (e) jusqu'à la

fin d'une ligne de pixels.

22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à répéter les étapes (a) à (f) pour une ligne de pixels

suivante.

23. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'étape d'initialisation (a) comprend l'étape qui consiste à initialiser les valeurs de couleurs restes et les valeurs de couleurs quotients

correspondant à un pixel précédent à une valeur de "0".

24. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'étape d'initialisation (a) comprend les étapes qui consistent à: diviser une plage de valeurs de couleurs pouvant être exprimées en de multiples sous-plages; coder chacune des multiples sous-plages à une valeur présélectionnée; et initialiser, en fonction de la valeur de couleur du premier pixel de chaque ligne, des valeurs de couleurs quotients pour le pixel précédaent à une

valeur codée.

25. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'étape d'initialisation (a) comprend les étapes qui consistent à: diviser une plage de valeurs de couleurs pouvant être exprimées "0" à "255" en huit sous-plages; coder chacune des huit sous-plages à une valeur présélectionnée; et initialiser, en fonction de la valeur de couleur du premier pixel de chaque ligne, des valeurs de couleurs quotients pour le pixel précédent à l'une

des huit valeurs codées possibles.

26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que la valeur codée est exprimée par trois (3)

bits.

27. Système de traitement d'images, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif de capture d'images (100) comprenant: un capteur d'images (104), un bloc de compression de données (106) relié pour recevoir des données d'images à partir du capteur d'images (104), bloc de compression de données (106) qui est conçu pour diviser des valeurs de couleurs par un facteur sélectionné, un bloc de stockage de données (108) relié au bloc de compression de données (106), et un régisseur (110) relié au bloc de compression de données (106) et au capteur d'images (104); et un dispositif de traitement d'images central (114) relié au dispositif de capture d'images (100) par

un bus série (116).

28. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que le capteur d'images (104) comprend'un capteur

d'images CMOS.

29. Système selon la revendication 28, caractérisé en ce que le bloc de compression de données (106) est mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif logique reprogrammable, tel qu'une matrice de portes

programmable par l'utilisateur.

30. Système selon la revendication 28, caractérisé en ce que le bloc de compression de données (106) est mis en oeuvre à l'aide d'un circuit intégré spécifique à

une application.

31. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que le régisseur (110) et le bloc de compression de données (106) sont mis en ouvre sur la même puce de

circuit intégré.

32. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que le dispositif de capture d'images (100) est un module de caméra, le bus série (116) un bus série universel, et le dispositif de traitement d'images

central un ordinateur personnel.