DETECTION DE PRESENCE DE DONNEES NUMERIQUES DANS UN SIGNAL VIDEO
La présente invention concerne le domaine du traitement de signaux vidéo.
La présente invention concerne plus précisément un procédé et un dispositif de détection de présence de données numériques récurrentes dans un signal vidéo, ainsi que les applications de ces procédé et dispositif.
La présente invention trouve notamment application dans le traitement de signaux vidéo comportant des données numériques en bande de base et plus précisément les signaux de la famille MAC (multiplexage
« de composantes analogiques).
Pour l'essentiel, ces signaux vidéo de la famille MAC comprennent, comme représentés sur la f igure 1 annexée, des séquences comprenant un paquet récurrent 20 de données numériques utiles pour la synchronisation et la définition du son, puis une information analogique 21 de chrominance suivie d'une information analogique 22 de luminance.
- Ces. signaux vidéo sont bien connus de l'homme de l'art et ne seront donc pas décrits plus en . détail par la suite. On notera cependant que ces signaux vidéo comprennent généralement une période dite de "clamp" fournissant un niveau de référence pour l'alignement des signaux entre le paquet 20 de données numériques et l'information analogique' de chromi¬ nance.
La présente invention peut être utilisée en particulier, mais non exclusivement, pour l'alignement d'un signal vidéo par rapport à une référence de tension.
Le problème, bien connu de l'homme de l'art, posé par ce genre de signal vidéo vient de ce que, pour détecter de façon sûre les données numériques, notamment les mots de synchronisation numérique d'image, il faudrait préalablement contrôler correctement le niveau de composante dite continue du signal et son amplitude, alors que pour contrôler ces grandeurs, il est prévu de se baser sur des paliers de tension de référence que l'on ne peut exploiter correctement qu'après avoir détecté la synchronisation.
Différents systèmes ont déjà été proposes pour tenter de résoudre le dilemne ainsi posé. Les différents systèmes jusqu' ici proposes, notamment en vue de l'alignement des signaux, requièrent un traitement et un décodage complexe du signal pour l'extraction des données numériques. On a proposé dans le document EP-A-0167430 un système comprenant comme représenté sur la figure 2 annexée un amplif icateur d'entrée 30 à gain variable suivi d'un sommateur 31.
La sortie du sommateur 31 attaque plusieurs voies.
Une première voie 32 comprend des moyens aptes à estimer l'amplitude et la valeur moyenne du signal de données à partir de l 'ensemble du signal vidéo. Pour cela la première voie 32 comprend un détecteur de crêtes positives 33 et un détecteur de crêtes négatn es 34 associés à un sommateur 35 et un soustracteur 36.
L'amplitude estimée du signal de données est disponi ble à la sortie du soustracteur 36. La sortie du soustracteur36 est ainsi util isée pour piloter l'amplificateur à gain variab - d'entrée 30.
La valeur moyenne estimée du signal de données est disponible à la sortie du sommateur 35. _a sortie du sommateur 35 est ainsi utilisée pour appliquer une tension de correction en vue de l'alignement du signal vidéo sur le sommateur 31 , par l'intermédiaire d'un intégrateur 39.
Une deuxième voie reliée à l.a sortie du sommateur 31 est formée d'un module de traitement et décodage 37 apte à récupérer l'horloge du signal vidéo, et à fournir des données numériques échantillon¬ nées. Une troisième voie reliée à la sortie du sommateur 31 est formée d'un échantillonneur de niveau de "clamp" 38 apte à appliquer le niveau de "clamp" du signal vidéo sur le sommateur 31 par l'intermédiaire de l'intégrateur 39, à la place du signal de sortie du sommateur 35, lorsqu'il est commandé à la fermeture par le module de traitement et décodage 37. Le système proposé dans le document EP-A-0167430 opère ainsi en deux modes successifs pour l'alignement du signal vidéo.
Dans un premier mode, qui correspond à une phase d'acquisi¬ tion, le signal vidéo est aligné grossièrement sur la base de l'estimation de la valeur moyenne du signal de données issue du sommateur 35. De même
le signal est régulé par l'amplificateur d'entrée 30 à l 'aide de l'estimation de l'amplitude du signal de données issue du soustracteur 36.
Lorsque le motif de synchronisation est suppose extrait, le système passe dans le second mode qui correspond à une phase de maintien au cours de laquelle le module de traitement et décodage 37 aligne séquentiellement le signal à partir du niveau de "clamp" détecté, par fermeture séquentielle de l'interrupteur 38 et régule s<_ . amplitude grâce à l'amplificateur 30 d'après des paliers de noir et de blanc transmis par le signai vidéo à chaque trame. Un autre système est décrit dans le document EP-A-02S 2 106.
Ce système comprend comme représenté sur la f igure 3 annexée un amplificateur- d'entrée à gain variable 40, un sommateur 4 1 , un détecteur de crêtes 42, des moyens d'établissement de moyenne 43, un interrupteur inverseur 44, un module de traitement et décodage 45 et un module 46 d'alignement de signal vidéo sur un niveau de "clamp".
Le système décrit dans le document EP-A-C2S2106 comprend trois modes successifs de fonctionnement en vue de l'alignerne1" du signal vidéo.
Au cours du premier mode, installé au démarrage du système, le module 45 met en service en permanence le détecteur de crêtes ^2 et les moyens d'établissement de moyenne 43, ainsi que les moyens associés pour régler le gain à l'aide de l'amplificateur 40 et la composante continue à lA de du sommateur 41. Ce premier mode permet d'extraire grossièrement les données numériques. Au cours du deuxième mode consécutif, le module de traitement et décodage 45 valide le détecteur de crêtes 42 seulement pendant les périodes de signal numérique. Le deuxième mode n'est installé qu'après reconnaissance d'un mot de synchronisation d'images.
Par la suite, au cours du troisième mode, le module 45 commande un changement d'état de l'interrupteur inverseur 44 pour mettre en service les moyens 46 afin d'utiliser les paliers de référence du signal vidéo.
Enfin, on a proposé dans le document EP-.A-0305772 un
système comprenant comme représenté sur la f igure - annexée un amplificateur d'entrée à gain variable 50. un module de traitement et de décodage 51 , des moyens d'établissement de moyenne 52 et un interrup¬ teur 53. L'interrupteur 53 est conçu pour valider ou inhiber les moyens d'établissement de moyenne 52 selon son état. Plus précisément l' interrup¬ teur 53 est piloté par les moyens de traitement et décodage 51 de sorte qu'il valide les moyens d'établissement de moyenne 52 lorsque le module de traitement e: décodage 51 détecte la présence de données numériques. Le signal de moyenne issu des moyens 52 est appliqué au sommateur d'entrée _ pour aligner le signal.
Les moyens de décodage de données numériques proposés dans les documents antérieurs précités sont fort complexes et ne donnent pas pleinement satisfaction. La présente invention a pour but de pror ^r un nouveau procédé et un nouveau dispositif de détection de présence de données numériques récurrentes dans un signal vidéo qui éliminent les inconvénients de la technique antérieure.
Après de nombreux essais et études la demanderesse a montré qu'il était possible de détecter la présence de donnés numériques par un traitement analogique simple et de ce fait qu'il était possible de sortir du diiemne précité aux termes duquel il faudrait préalablement contrôler correctement le niveau de composante continue du signal et son amplitude pour détecter les données numériques alors que pour contrôle»- ces grandeurs, il serait nécessaire de se baser sur des paliers de tension de référence que l'on ne pourrait exploiter qu'après avoir détecté la synchronisation.
Le procédé de détection de présence de données numériques récurrentes dans un signal vidéo ainsi proposé dans le cadre de la présente invention comprend les étapes consistant à :
- générer séquentiellement une fenêtre temporelle de prévision d'appari¬ tion des données numériques, et
- détecter le début des donnés numériques par une détection de seuil.
Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, l'étape de détection du début des données numériques est opérée par une double détection de seuil.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le procédé comprend l'étape de génération d'un signal de détection de données numériques à la fin de chaque fenêtre temporelle.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le procédé comprend en outre les étapes consistant à :
- vérifier le franchissement de seuil dans au moins une fenêtre sur X fenêtres consécutives, et
- fermer la fenêtre ainsi ouverte et recaler la génération séquentielle de « fenêtres temporelles de prévision, lors de la détection d'un franchissement de seuil pendant la fenêtre ouverte.
La présente invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection précité.
Comme indiqué précédemment, la présente invention trouve notamment application à l'alignement d'un signal vidéo. Elle n'est cependant pas limitée .à cette application. La présente invention peut par exemple trouver application d'ans la commande automatique de gain d'un amplificateur ' vidéo ou encore dans la commande de profondeur de modulation.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 précédemment décrite représente schématiquement des signaux vidéo comportant des données numériques susceptibles d'être traités à l'aide du dispositif conforme à la présente invention,
- la figure 2 précédemment décrite représente schématiquement le système antérieur proposé dans le document EP-A-0167430,
- la figure 3 précédemment décrite représente schématiquement la structure du système antérieur proposé dans le document EP-A-0282106,
- la figure 4 précédemment décrite représente schématiquement la structure du système antérieur proposé dans le document EP-A-0305772,
- la figure 5 représente sous forme d'organigramme le procède de détection de présence de données numériques conforme à la présente în . ention,
- la figure 6 représente sous forme de blocs fonctionnels la structure de base du dispositif de détection de présence de données numériques conforme à la présente invention,
- la figure 7 représente schématiquement la structure d'un mode de réalisation d'un dispositif de détection de présence de données numériques conforme à la présente invention.
- la figure 8 représente un chronogramme illustrant le fonctionnement du dispositif de détection de présence de données numériques conforme à la présente invention, et
- les figures 9 et 10 représentent schématiquement deux exemples d'application du dispositif de détection de présence de données numériques à l'alιgneme<" - de signaux vidéo. On va tout d'abord décrire le procédé de détection de présence de données numériques récurrentes dans un signal vidéo, conforme à la présente invention, en regard de la figure 5 annexée.
Ce procédé comprend une première étape 100" consistant à générer séquentiellement une fenêtre temporelle de prévision d'apparition des données numériques. La période de génération desdites fenêtres temporelles coïncide sensiblement avec la période des séquences du signal vidéo.
Plus précisément encore, comme cela sera décrit plus en détail par la suite, de préférence la période de génération des fenêtres temporelles est légèrement inférieure à la période des séquences du signal vidéo.
L'étape 100 précitée est suivie d'une étape 102 consistant à détecter le franchissement d'au moins un seuil pendant au moins une fenêtre sur X fenêtres consécutives. De préférence l'étape 102 consiste à détecter le franchisse¬ ment par le signal vidéo d'un seuil minimal ou d'un seuil maximal.
Le nombre X de fenêtres consécutives peut être adapté en fonction de chaque application particulière.
A titre d'exemple non limitatif X peut être égal à six.
Si au cours de l'étape 102 un franchissement de seui l est détecté pendant au moins une fenêtre sur X fenêtres consecu es. l'étape de test 102 et suivie de l 'étape 1 04 au cours de laquel le un signal de sortie indicatif d'une détection de données numériques est généré à la f in de chaque fenêtre temporelle de prévision d'apparition des données numéri¬ ques.
En revanche si l'étape de test 102 est négative, c'e :-à-dιre s aucun franchissement de seuil n'est détecté pendant X f enêtres consécuti¬ ves, l'étape de test 102 est suivie d'une étape 1 06 au cours de laquelle la fenêtre temporelle est ouverte. L'étape 106 est suivie d'une étape AS qui consiste à détecter un franchissement de seuil par le signal udéo. La fenêtre est maintenue ouverte aussi longtemps qu' un tel f ranchissement de seuil n'est pas détecté à l'étape 108.
Par contre, lorsqu'au cours de l'étape de test 1 8 un franchissement de seuil est détecté, le procédé passe à l'étape 1 10 au cours de laquelle la fenêtre préalablement forcée à l'ouverture est fermée et la période de génération séquentielle de fenêtres temporelles de prévision d'apparition de données numériques est recalée sur la fermeture de cette fenêtre. Le procédé 1 10 est suivi de L'éta e 104 de génération de signal de détection de données numériques.
L'étape 1 04 de génération de signal est rebouclée sur l'étape 100 de génération séquentielle de fenêtres temporelles.
On a illustré schématiquement sur la figure 6 la structure du dispositif de détection 1 1 1 apte à mettre en oeuvre le procédé précité. On aperçoit sur cette figure 6 un module 1 1 2 qui génère séquentiellement des fenêtres temporelles de prévision d'apparition de données numériques selon une période avantageusement légèrement inférieure à la période des séquences du signal vidéo. Un module 1 14 détecte le franchissement par le signal vidéo d'au moins un seuil, avantageusement un seuil minimal ou un seuil maximal pendant lesdites fenêtres temporelles.
Un troisième module 1 16 surveille le franchissement de seuil au cours d'au moins une fenêtre sur X fenêtres consécutives. Le module 1 16
force la fenêtre temporelle à l'ouverture si un tel franchissement de seui l n'est pas détecté au moins une fois pendant X f enêtres consécutives.
Enfin on aperçoit sur la figure 6 un quatrième module I I S formant générateur de signal de sortie. Le module 1 1 8 est v alidé à la f in de chaque fenêtre temporelle.
On va maintenant décrire la structure particulière du dispositif 1 1 1 de détection de données numériques représenté sur la f igure 7 annexée.
On retrouve sur cette figure 7 le module générateur de fenêtres temporelles 1 1 2, le module 1 14 détecteur de franchissement de seuil, le module 1 1 6 de surveillance du franchissement de seuil pendant au moins une fenêtre sur X fenêtres consécutives et le module 1 1 8 générateur de signal de sortie.
Le module 1 14 comprend deux amplificateurs tampons 1 20, 1 22, un filtre passe bas vidéo 121 , deux comparateurs 1 23, 1 2- agencés respectivement en détecteur de seuil haut et détecteur de seuil bas. deux- bascules 125, 126 et une porte ET 127.
Le module 1 1 6 de surveillance est formé essentiellement d'un registre à décalage 128 et une porte NAND 129. Le module générateur de fenêtres temporelles 1 12 comprend essentiellement une horloge ' à quartz 1 30, un compteur 1 31 et un générateur d'impulsions ou monostable 132.
Le module 1 18 générateur de signal de sortie est formé d'un générateur d'impulsions ou monostable. Le signal vidéo d'entrée est prélevé à travers l'amplificateur tampon 120, le filtre passe bas vidéo 121 et l'amplificateur tampon 122 connectés en série. Cette disposition permet d'améliorer l'immunité du système vis à vis du bruit.
Le signal vidéo est alors acheminé simultanément vers le détecteur de seuil haut 123 et le détecteur de seuil bas 124. Le comparateur 123 compare le signal issu de l'amplificateur tampon 122 à un niveau de référence haut Ul , tandis que le comparateur 124 compare le même signal vidéo à un nivau de référence bas U2.
Les comparateurs 123, 124 génèrent ainsi sur leur sortie des
impulsions d'horloge, lors de la détection du franchissement du seui l haut ou du seuil bas. Ces impulsions d'horloge sont appl iquées aux bascules 1 25 et 1 26. Celles-ci reçoivent par ailleurs sur leur entrée de remise à un, un signal T2 issu du générateur d'impulsions ou monostable 1 32. Ce signal T2 représenté schématiquement sur la première ligne de la f igure S correspond à une fenêtre temporelle de prévision d'apparition des données numériques. Ainsi, les bascules 125 et 1 26 ont leur sortie Q qui passe à l'état bas si les impulsions générées par les comparateurs 1 23, 1 2^ le sont pendant la fenêtre temporelle T2. Les sorties Q des bascules 1 25 et 1 26 sont reliées aux entrées de la porte 127. La sortie de celle-ci est reliée à l'entrée du registre à décalage 128. Ainsi l'état bas en sortie des bascules 125 et 126 e-st transféré dans le registre à décalage 1 2S à chaque impulsion du signal de fenêtre temporelle T2. La porte 129 forme une combinaison logique de six sorties successives du registre . décalage 1 28 et des sorties Q des bascules 125 et 126. La porte 129 est reliée au générateur d'impulsions ou monostable 132. Ainsi, si pendant six lignes consécutives les détecteurs de seuil 123, 124 ne sont pas sollicités, la porte 1 29 force la sortie du générateur d'impulsions ou monostable 1 32 au niveau haut, le système est déverrouillé et la fenêtre T2 de détection d'apparition de données reste ouverte. La porte 129 cessera de forcer le générateur d'impulsions ou. monostable 61 3 au niveau haut, après détection du franchissement de l'un des seuils. Le générateur d'impulsions ou monostable 1 32 comprend un compteur qui compte les impulsions issu de l'horloge à quartz 130 pour générer le signal de fenêtres temporelles T2. Plus précisément, le compteur intégré au générateur d'impulsions ou monostable 1 32 est réinitialisé par la sortie du compteur 131. Ce dernier compte également les impulsions de . l'horloge à quartz 130 pour générer des impulsions de sortie à une période telle que la période des fenêtres temporelles T2 soit légèrement inférieure à la période ligne du signal vidéo.
Le générateur d'impulsions ou monostable 1 18 reçoit également le signal issu de l'horloge à quartz 130 pour générer à sa sortie des impulsions T3 de durée déterminée sur le fond descendant du signal T2.
La sortie du générateur d'impulsions ou monostable I I S constitue la sortie du détecteur de données numériques.
Le générateur d'impulsions ou monostable 1 1 S n'est ainsi v alidé que sur les fronts descendants du signal T2, c'est-à-dire lors αe la fermeture de chaque fenêtre temporelle de détection de franchissement de seuil.
Comme i: iqué précédemment, la détection de présence de données numériques récurrentes dans un signal vidéo peut être utilisée notamment pour l'alignement de signaux. On a représenté schématiquement sur la figure 9 annexée un dispositif d'alignement conforme à la présente invention.
On aperçoit sur la figure 9 un additionneur 1 50. trois amplif icateurs tampon 151 , 1 52 et 1 56, un interrupteur 1 53, un détecteur de niveau 1 54, un comparateur 155 et le dispositif détecteur de donnée numériques 1 1 1 précité.
Le détecteur de niveau 1 54 est avantageusement du type connu à diode et condensateur.
Le détecteur de données numériques 1 1 1 reçoit le signal v idéo d'entrée par l'intermédiaire de l'amplificateur tampon 1 56. Le signal d'entrée est appliqué sur l'une des entrées de l'additionneur 150. La sortie de l'additionneur 1 50 est reliée à l'entrée de l'amplificateur tampon 1 51. L'interrupteur 1 53 est placé entre la sortie de l'amplificateur tampon 151 précité et l'entrée de l'amplif icateur tampon 152. La sortie de l'amplificateur tampon 152 est reliée à l'entrée du détecteur de niveau 1 54. La sortie du détecteur de niveau 154 est reliée à une première entrée du comparateur 155. La seconde entrée du compara¬ teur 155 reçoit une tension de référence VREF.
La sortie du comparateur 155, sur laquelle est disponible un signal de correction est appliquée à la seconde entrée de l'additionneur 150.
L'interrupteur 153 n'est placé à l'état fermé que lorsque le détecteur 1 1 1 identifie la présence de données numériques. Ainsi on assure que le détecteur de niveau 154 détecte bien l'un des extrêmes des données
numériques (l'extrême négative selon l'orientation de la diode représentée schématiquement dans le détecteur 154 sur la figure 9).
L'interrupteur 153 est avantageusement fermé pendant l'état au niveau haut du signal T3 issu du générateur de sortie 1 1 S du détecteur 1 1 1.
Le dispositif représenté sur la figure 9 permet donc d'aligner le signal vidéo sur l'extrême négative des données numériques.
On a représenté sur la figure 10 une variante de réalisation perfec tionnée du dispositif permettant -l'aligner le signal vidéo sur la valeur moyenne des extrêmes des données numériques.
Pour cela, la tension d'erreur générée en sortie du compara- «, teur 1 55 n'est plus obtenue en comparant seulement l'un des extrêmes des données numériques à une tension de référence, mais en comparant, à la tension de référence, la moyenne des extrêmes des données numériques. Ces extrêmes des données numéricues sont détectés respectivement dans un détecteur de valeur maximale 1 540 et dans un .détecteur de valeur minimale 1 545.
Le dispositif représenté sur la figure 10 comprend un additionneur 1 50, trois amplificateurs tampon 1 51 , 1 52, 1 56, un compara- teur 155, un interrupteur 153, deux ' amplificateurs tampon additionnels 1 541 , 1546 et deux résistances R 1542 et R 1547.
Ces éléments sont essentiellement agencés comme décrit précédemment en regard de la figure 9.
Le détecteur 1540 de valeur maximale a son entrée reliée à la sortie de l'amplificateur tampon 152 tandis que sa sortie est reliée à l'entrée du comparateur 155 par l'intermédiaire de l'amplificateur tampon 1541 et de la résistance R I 542.
En parallèle le détecteur de valeur minimale 1545 a son entrée reliée à la sortie de l'amplificateur tampon 152 et a sa sortie reliée par l'intermédiaire de l'amplificateur tampon 1546 et de la résistance
R 1547, de même valeur que la résistance R 1542, a la même entrée du comparateur 155.
L'amplificateur tampon 151 prélève le signal vidéo en sortie
de l'additionneur 1 50. Lorsque le détecteur 1 1 1 de données numériques identifie la présence de données numériques, au niveau du signal d'entrée, il ferme l'interrupteur 153. Ainsi le signal vidéo n'est présent à l'entrée du détecteur 1540 et 1545 que lorsque les données numériques sont disponibles. Les détecteurs 1540 et 1545 détectent respectivement les valeurs maximale et minimale des données numériques du signal vidéo. Les résistances R I 542 et R I 547 définissent une valeur moyenne de ces extrêmes appliquées sur le comparateur 155.
Le signai vidéo en sortie est ainsi aligné sur la v aleur moyenne des extrêmes des données numériques.
La présente invention peut également trouver application dans la commande automatique de gain d'un amplificateur vidéo. Pour cela, l'amplificateur vidéo est piloté par les extrêmum mesurés sur le signal vidéo lors de la détection de présence de signaux numériques. Comme indiqué précédemment, la présente inv ention peut également trouver application dans la commande de profondeur de modulation.
D'une façon plus générale, la présente invention peut trouver application dans la réalisation d'un dispositif de traitement de signaux vidéo choisis dans le groupe comprenant les dispositifs de réception haute fréquence, les dispositifs de modulation et les dispositifs de transcodage vidéo.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.
Par exemple, on peut envisager d'opérer la dé-
de données numériques pendant chaque fer. tre temporelle par détection du franchissement d'un seul seuil. Dans cette hypothèse, l'un des comparateurs 123, 124, l'une des bascules 125, 126 et la porte ET 127 de la figure 7 doivent être supprimés. Cette simplification ne permet pas cependant de détecter en toute certitude le début des donnés numériques si les premiers bits des données numériques sont de niveau identique et opposé à celui détecté lors du franchissement de seuil. La période du signal T3 doit donc être réduite en conséquence par rapport à la variation à double détection de seuil.