Brevet FR2316799A1 — publié le 19770128

L'invention est relative à un procédé et à un dispositif, pour coder et décoder des signaux analogiques selon un procédé de transmission dans lequel les signaux codés sont transmis au récepteur au moyen de télégrammes codés déclenchés individuellement. Le déclenchement des télégrammes codés peut être rendu dépendant du signal ; lorsqu'ils servent à transmettre une conversation téléphonique ou ne transmet alors que des télégrammes codés, caractérisant les amplitudes du signal au cours de la conversation. L'invention a surtout pour but de fournir un procédé de codage et de décodage de signaux analogiques qui, au cours du procédé de transmission précité, ne demande qu'un nombre aussi petit que possible de bits, pour un rapport signal/ bruit satisfaisant. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait que l'on forme des intervalles de temps d'examen, de durée prédéterminée relativement grande, qu'à l'aide d'une exploration répétée plusieurs fois au cours de chacun de ces intervalles on examine si la variation du signal analogique depuis le début de l'intervalle de temps d'examen considéré a dépassé une valeur de seuil positive ou négative prédéterminée, que lorsque ce cas se présente, on transmet immédiatement un télégramme codé correspondant et l'intervalle de temps d'examen est terminé, qu'à la fin de chaque intervalle de temps d'examen qui å--atteint la durée prédéterminée relativement grande précitee, est transmis un mot codé associé à la variation atteinte à cet instant et que, dans le récepteur, chaque mot codé reçu est reconverti en une variation d'amplitude et que la somme des variations d'amplitude est formée d'une manière continue. Le procédé de codage correspond, pour les faibles vitesses de variation du signal, à un procédé à modulation par codage d'impulsions du type différentiel (DPCM) à faible fréquence d'exploration et, pour les vitesses de variations du signalélevées, a un procédé de modulation delta à fréquence d'exploration élevée et à valeur de seuil très élevée. Le procédé selon l'invention est avantageusement utilisé pour la transmission de signaux analogiques dans un système de communications, dans lequel chaque message est muni d'une adresse par l'émetteur et est envoyé à un certain nombre de récepteurs et est reçu par le récepteur caractérisé par 1 adresse. Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte, dans l'émetteur, un circuit additionneur à l'une des entrées duquel est appliqué le signal analogique et à l'autre entrée, reliée à une mémoire analogique duquel est appliqué un signal de comparaison qui est relatif à la valeur du signal analogique au commencement de l'intervalle de temps d'examen considéré, et à la sortie duquel apparaît la tension de variation, un générateur de cadencement qui à chaque pas de cadencement produit une exploration de la variation d'amplitude, un discriminateur d'amplitude qui délivre un signal lorsque la tension de variation dépasse une valeur de seuil positive ou négative, un discriminateur de signe qui délivre un signal correspondant à la polarité de la variation de tension, un circuit de logique qui est connecté au discriminateur d'amplitude et au générateur de cadencement et qui, à la réception d'un signal du discriminateur d'amplitude produit le déclenchement d'un signal,indiquant le dépassement de la valeur de seuil, sur la ligne de transmission et la soustraction de la valeur de seuil de la grandeur de la variation et, après réception d'un nombre prédéterminé de pas de cadencement sans dépassement de la valeur de seuil, commande le codage de la tension de variation dans un convertisseur analogique /numérique , l'émission d'un message codé correspondant à la tension de variation et le retour à zéro de la tension de variation, et en ce que le récepteur est constitué par un récepteur à modulation par codage d'impulsions du type différentiel, qui est déclenché par chaque télégramme reçu. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide de l'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1 et 2 sont des diagrammes destinés à l'explica- tion du procédé de codage de l'invention, - la figure 3 est un schéma fonctionnel du dispositif de codage d'émission conforme à l'invention, - la figure 4 est un schéma fonctionnel du dispositif de décodage de réception pour l'invention. - la figure 5 est un schéma de principe détaillé du dispositif de codage d'émission conforme à l'invention,et - la figure 6 est un diagramme représentant en fonction du temps, les impulsions intervenant dans ce dernier dispositif. La figure l représente en fonction du temps l'allure d'un signal analogique, par exemple une tension V constamment varia ble. A l'instant t cette tension a la valeur V . On ne considéré o a rera par la suite que la variation de tension V = V - Va On a x désigné par + Vr et - Vr deux tensions de seuil dont on peut dé- tecter le franchissement. Dans l'exemple considiré ici, le signal a dépassé en t6 le seuil supérieur et immédiatement après est transmis un mot codé correspondant. Le premier intervalle de temps d'examen est ainsi l'intervalle t - t6. De V on sous o x trait la tension V .V tend presque vers zéro jusqu'à l'instant r x t6; il ne subsiste que la variation de V de l'instant de dépas x sement de la valeur de seuil jusqu'à t60 La plus longue durée d'un intervalle de temps d'examen est fixée à dix opérations d'exploration élémentaires. Pour ces dix opérations d'exploration aucun dépassement d'une des deux valeurs de seuil n'est détecté dans le temps t7 - t16. A l'instant t16 l'intervalle de temps d'examen est terminé, la valeur Vc est convertie en un mot codé numérique et est transmise soit directement soit après mise en forme appropriée-. Ce codage peut s 'ef- fectuer linéairement ou non. Le mot codé engendré après le dépassement du seuil est identique au mot codé qui est reçu lorsque l'amplitude Vr est codé. Comme on l'a indiqué sur la figure 2, le codage delta à vitesse de transmission variable correspond à un codage à échelle de quantification non linéaire. Si la valeur limité Vr est dépassée au bout de n explorations, ceci correspond, sur les parallèles aux axes des ordonnées, à l'instant tl, aux intervalles Vr /n. On obtient ainsi une caractéristique de signa/ bruit très avantageuse en fonction de l'amplitude du signal. Si on rend la grandeur de la tension de seuil dépendante du temps écoulé depuis le début de l'intervalle de temps d'examen considéré, on peut faire varier ainsi la caractéristique de codage delta. On peut obtenir le même résultat en rendant les espacements des impulsions d'exploration dépendantes du temps écoulé depuis le commencement de l'intervalle de temps d'examen. Enfin la tension de seuil peut être fonction des mots codés transmis. Dans ces conditions Su mot codé indique, à la fin de l'in intervalle de temps d'examen de durée maximale le rapport de la variation de tension analogique à la valeur de seuil correspon dante. La figure 3 est un schéma fonctionnel du dispositif de codage utilisé du côté émission. Un gépérateur 1 de cadencement (ou d'horloge) fournit des impulsions ininterrompues qui sont appliquées à toutes les entrées désignées par C P, des éléments du montage. On a désigné par 2 l'entrée du signal analogique et par 3 un circuit additionneur analogique des tensions présentes sur les lignes 2 et 4. La tension de la ligne 4 constitue le signal de comparaison de la modulation delta et de la modulation du type DPCM, qui est maintenu constant pendant certains intervalles de temps et qui peut être modifié par échelon à la fin de c ces intervalles de temps. A la ligne de sortie 6 du circuit additionneur est raccordé le discriminateur d'amplitude 7 qui délivre un signal de sortie, sur la ligne 8 lorsque la valeur de la tension V sur x la ligne 6 est supérieure à celle de la tension de comparaison Vr. A la ligne 6 est raccordé en outre un discriminateur de signe 9 qui fournit, sur les lignes de sortie 10 et 29, un signal, lorsque la tension de la ligne 6 est positive. Le signal présent sur la ligne 10 actionne un commutateur 11 de telle manière que celui-ci, dans sa position de repos, porte une ligne 12 à la tension - Vr, dans sa position de travail, à la tension + Vr. Le signal qui se trouve sur la ligne 8 actionne, par l'intermédiaire d'un circuit logique 17 et de la ligne 28, le commutateur 13 qui, en position de travail, relie la ligne 12 à l'entrée 14 d'un montage 15 transmetteur de charge (charge parce- ling unit). Le signal présent sur la ligne 8 produit en outre, par la ligne 16, un signal à l'entrée de déclenchement du montage transmetteur de charge15etprovoque ainsi -la transmission d'une quantité de charge, qui est proportionnelle à la tension appliquée à l'entrée 14, sur le condensateur 5. Enfin un signal est fourni au générateur de télégrammes 18, qui produit l'émission d'un télégramme, dans lequel au moins un bit est déterminé par le signal de sortie du discriminateur de signe 9.Jusqu'ici ce montage correspond à un modulateur delta qui, à chaque pas de cadencement, émet un signal annonçant une variation positive ou une variation négative ou n'émet aucun signal. La sortie de télégrammes a été désignée par 19. En dehors des éléments de montage énumérés ci-dessus l'insttallation comprend un dispositif de codage du type DPCM. Celuici se compose d'un dispositif d'exploration ou échantillonnage et de maintien 20 (sample and hold circuit) qui, par la ligne 21, est relié à un convertisseur analogique /numérique 22, tandis que 1'entrée 14 du dispositif de transmission de charge 15 demeure raccordée, par le commutateur 13, à la sortie du dispositif d'exploration et de maintien 20. Le codage peut s'effectuer linéairement ou non. Ce dernier cas (codage non linéaire) est représenté sur le bord de droite de la figure 1. Un compteur 24 modulo 10, compté les impulsions de cadencement (-ou horloge)-du générateur i et fournit, en position O (identique à 10) un signal sur sa ligne de sortie 25. Ce signal parvient, à travers le circuit logique 17, sur la ligne 27 et amène le montage 20 i explorer la tension de la ligne 6, à la transmettre à la ligne 21 et à l'y maintenir constante pendant un bref intervalle de temps ; il provoque en outre la conversion, par le convertisseur-analogique/numérique 22, du signal analogique présent sur la ligne 21 en un mot codé numérique, lequel mot codé est transmis par la ligne 23 au générateur de télégrammes 18.Le commutateur 13 demeure en position de repos de sorte que le signal présent sur la ligne 16 provoque la trans- mission au condensateur 5, par lFintermédiaire du dispositif transmetteur de charge 15, d'une quantité de charge correspondant à la tension de la ligne 21. Par ailleurs, il commande ltémissin d'un télégramme par le générateur de télégramme 18. La ligne 16 est relié en outre à une entrée de remise à zéro du-compteur 24, de sorte que celui-ci, après chaque apparition d'un signai sur la ligne 16, commence à compter à partir de zéro. La figure 4 représente le côté de réception de l'installation de transmission. Les télégrammes arrivant sur la ligne 40 sont reçus par le récepteur 41 et, sous l'action d'une commande produite par un signal de cadencement arrivant par la ligne 53, sont enregistrés dans un registre décalage 42. Le récepteur 41 ne sera pas décrit en détail car il ne fait pas partie de l'invention. Dans le montage représenté icis le registre à décalage 42 comporte des étages'ex pour le bit de départ, EV pour le bit de signe, et B1'....B7' pour les bits dX'information. Ces étages correspondent aux lignes AD, AV, BlwB7 de l'émetteur (figure 5).Selon le bit de signe, le commutateur 44 est commandé par l'intermédiaire de l'amplificateur 43 et porte l'entrée de référence 45 d'un convertisseur numérique/analogique 46, soit à la tension - V soit la tension + V . Le conertisseur 46 transforme les signaux reçus des éta3 ges B1'..B7' du registre à décalage sur ses entrées 47, en une tension analogique. L'étage ED commande un monostable 48 qui, pendant un temps prédéterminé, ferme l'interrupteur 49. et fait varier la charge du condensateur 50 de l'amplificateur intégrateur 51, d'une quantité correspondant à la tension analogique fournie par la sortie 52 du convertisseur numérique/analogique. Si le télégramme formé dans l'émetteur a été produit par un dépassement du seuil + Vr ou-V , les bits des étages B1...B7 sont tous égaux à 1 et, à la sortie du convertisseur numérique/ analogique, apparait une tension correspondantà+Vr ou à - Vr selon la position du commutateur 44. Si le télégramme formé dans l'émetteur a été produit par le convertisseur analogique/ numérique la valeur de la tension de sortie, sur la ligne 52, est inférieure à Vrf selon le mot codé binaire, et la quantité dont varie la charge du condensateur 50 est, d'une manière correspondante, inférieure. La figure 5 montre un schéma de principe détaillé corres- pondant au schéma fonctionnel de la fulgure 3. Le circuit ditionneur 3 se compose d'un amplificateur opérationnel 62, muni de deux résistances d'entrée 62 et 63 et d'une résis- tance de contre-réaction 64. Le dispositif d'exploration et de maintien 20 est constitué par un amplificateur opérationnel d'entrée 65 et, par un amplificateur 66 de gain unité, qui sont relié par l'intermédiaire d'un interrupteur 67. A l'entrée de l'amplificateur 66 est monté le condensateur 68 qui, lorsque l'interrupteur 67 est fermé, est chargé à la tension de sortie de l'amplificateur 65. L'interrupteur 67 est ouvert par l'intermédiaire d'un amplificateur 69 lorsque, sur la ligne 27, apparaît le signal qui déclenche une conversion analogique/ numérique dans le convertisseur 22. Ce convertisseur n'est pas décrit en détail, car de tels montages sont disponibles dans le commerce sous forme de circuits intégrés. Il en va de même pour le compteur 24. Le dispositif transmetteur de charge 15 comprend un amplificateur opérationnel d'entrée 70 comportant une résistance d'entrée 71 et une résistance de contre-réaction 73. Sa sortie est raccordée, par l'intermédiaire d'un condensateur 74 et d'un interrupteur 75, à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 76, lequel est muni d'un condensateur de contre-réaction 77. L'interrupteur 75 est actionné par l'intermédiaire de l'amplificateur 78. Le discriminateur d'amplitude 7 comprend un comparateur analogique 79 dont les entrées sont reliées aux lignes 6 et 12 et à la sortie duquel apparaît l'état 1, lorsque le signal V , présent sur la ligne 6 est supérieur à la tension de la ligne 12. La sortie du comparateur 79 est reliée à une entrée d'une porte "ou Exclusif" 80, dont l'autre entrée reçoit un signal indicateur de signe par la ligne 10. A la sortie de cette porte 80 apparaît l'état 1, lorsque la valeur absolue de V est infé x rieure à la valeur absolue de V . Ce signal actionne une bascule bistable (ou bascule) 81 lorsque le signal de cadencement CP passe de l'état O à ltétat 1. Le discriminateur de signe 9 comprend un comparateur analogique 82 dont l'une des entrées est reliée à la ligne 6 et, dont l'autre entrée est mise à la masse, une bascule 83 dont les portes d'entrée sont fermées et qui ne peut donc pas être actionnée tant que CP est à l'état 1, et deux sorties 10 et 29. Le signal présent à la sortie 10 amène l'interrupteur 11 en position de travail, lorsque~le signe de V est positif. La sortie du comparateur 82 est reliée, par la ligne lOa, à une bascule 85, à la sortie de laquelle apparaît un signal qui indique le signe du mot codé à transmettre. Les tensions de référence + Vr et - Vr sont produites par le générateur de tension de référence 92. Celui-ci peut aussi être commandé par le générateur de cadencement par l'intermédiaire de la ligne désignée par CP. Le circuit logique 17 présente les entrées suivantes Ligne Signal Désignation CP CP Impulsions de cadencement 8 C Seuil dépassé 25 Zo Compteur à zéro Le signal de cadencement CP est retardé d'une fraction de la période de cadencement par un dispositif temporisateur. Le signal de cadencement retardé a été désigné par C P V. Ligne Signal Coadition Désignation 27 E = C.Zo . CPV. Déclenchement du con vertisseur A/D(A/N) et maintien du dispositif d'exploration et de maintien. 16 A 3 (C+Z )* cpv Déclenchement de la transmission de charge et remise à zéro du compteur 24. 28 F = C. CPV Passage i la modula tion delta. AD n (C+ZO). E Démarrage de la trans mission. Les lignes AD, B1...B7, AV sont reliées au générateur de télégrammes, non représenté sur la figure 5 ; les signaux qui apparaissent sur ces lignes servent à former des télégrammes et, en l'occurence, AD fournit le signal de démarrage, B1...B7 fournissent la caractéristique d'amplitude (1111111 pour l'amplitude maximale) et AV fournit le signal de signe. La figure 6 montre l'allure des tensions en différents emplacements de montage de la figure 5. On a considéré ici le cas d'une Ulogique positiven, c'est-à-dire que la tension correspondant à l'état 1 est supérieure i celle correspondant à l'état 0. Sur la première ligne sont représentées les impulsions de cadencement CP du-générateur de cadencement 1, sur la seconde ligne ces mêmes impulsions désignées par CPV après quelles ont traversé le temporisateur 86. La troisième ligne indique les positions du compteur 24. La quatrième ligne montre l'allure de la tension V de la ligne 6, les autres lignes montrent les signaux x disignés présents sur les lignes indiquées. Du fait du dépassement du seuil supérieur pour la position 3 du compteur 24, la bascule 81 est actionnéeau début de l'impulsion CP et le signal C qui se trouve sur la ligne 8 passe & l'état 1, ce qui produit, par l'intermédiaire de la porte OU 87 et de la porte ET 89, un signal A sur la ligne 16 dès le commencement de CPV. Un état 1 apparaît aux sorties B1...B7 et, a la fin de CP aussi à la sortie de la porte ET 88, ce qui en trame la transmission par la ligne AD, d'un télégramme codé. L'état de AV a été amené à 1 par le discriminateur de signe. Ensuite C actionne l'interrupteur 13 de sorte qu 'à la fermeture de l'interrupteur 75 la quantité de charge, correspondant à +Yr appliquée au condensateur 77, lequel correspond au condensateur 5 de la figure 32 se trouve transmise. Le signal A raméne le conp- teur 24 à son état de base. Ce compteur compte maintenant les impulsions de cadencement etllneoeproduit ensuite pas de dépassement de valeur limite. Lorsque le compteur arrive à zéro,~le signal Zo circule sur la ligne 25, la porte 91 et la ligne 27 et déclenche le dispositif d'exploration et de maintien 20 et le convertisseur analogique/ns mérique 22 qui transmet un mot codé aux sorties B1...B7. A la finc de l'impulsion CP, les portes 87 et 88 et la ligne AD transmettent l'impulsion qui produit l'émission d'un télégramme codé. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDIC M IONS 1. Procédé pour coder et décoder des signaux analogiques selon, un procédé de transmission dans lequel les signaux codés sote transmis au récepteur au moyen de télégrammes codés déclenchés individuellement, lequel procédé est caractérisé en ce que l'on forme des intervalles de temps d'examen, de durée prédéterminée relativement grande, qu'h l'aide d'une exploration répété plusieurs fois au cours de chacun de ces intervalles on examine si la variation du signal analogique depuis le début de l'intervalle de temps d'examen considéré a dépassé une valeur de seuil positive ou négative prédéterminée, que lorsque ce cas se présente, on transmet immédiatement un télégramme codé correspondant et l'intervalle de temps d'examen est terminé, qu'd la fin de chaque intervalle de temps d'examen qui a atteint la durée prédéterminée relativement grande précitée, est transmis un mot codé associé à lavadation atteinte à cet instant et que, dans le récepteur, chaque mot codé reçu est reconverti en une variation d'amplitude et que la somme des variations d'amplitude et formée d'une manière continue 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce quele motoodéRzméltsdude'psemenEde la valeur de seuil est identique b celui qui, dans un télégramme formé à la fin d'un intervalle de temps d'examen, serait associé à une variation égale à la valeur de seuil. 3. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que la valeur de seuil est constituée par une fonction du temps, dont la valeur dépend du temps écoulé depuis le commencement de l'intervalle de temps d'examen considéré. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la valeur de seuil est fonction des mots codés transmis et que le mot codé à la fin d'un intervalle de temps d'examen indique le rapport de la variation de tension analogique à la valeur de seuil considérée. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les espacements entre deux opérations d'exploration successives au cours de chaque intervalle de temps d'examen sont fonctionsdu temps écoulé depuis le début de l'intervalle de temps d'examen. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication i, caractérisé en ce qutil comporte, dans l'émet- teur, un circuit additionneur (3) à l'une des entrées (2) duquel est appliqué le signal analogique et à l'autre entrée (4), reliée à une mémoire analogique (5), duquel est appliqué un signal de comparaison qui est relatif à la valeur du signal analogique au commencement de l'intervalle de temps d'examen considéré, et à la sortie (6) duquel apparait la tension de variation, un géné- rater de cadencement (1) qui i chaque pas de cadencement pro- duit une exploration de la variation d'amplitude, un discrimina- teur d'amplitude (7) qui délivre un signal lorsque la tension de variation dépasse une valeur de seuil positive ou négative, un discriminateur de signe (9) qui délivre un signal correspondant à la polarité de la variation de tension, un circuit logique (17) qui est connecté au discriminateur d'amplitude et au générateur de cadencement-et qui, à la réception d'un signal du discriminateur d'amplitude produit le déclenchement d'un signal, indi- quant le dépassement de la valeur de seuil, sur la ligne de transmission et la soustraction de la valeur de seuil de la grandeur de la variation et, après- réception d 'un nombre prédéterminé de pas de cadencement sans dépassement de la valeur de seuil, commande le codage de la tension de variation dans un convertisseur analogiquefnumérique(22) l'émission d'un message codé correspondant tension de variation et le retour å zéro de la tension de variation,ete oye que le récepteur est constitué par un récepteur-par un récepteur du type à modulation par codage d'impulsion du type différentiel qui est déclenché par chaque télégramme reçu. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendidations 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la transmission de signaux analogiques dans un système de communications, dans lequel chaque message est muni d'une adresse par l'émetteur et est envoyé à un certain nombre de récepteurset est reçu par le récepteur caractérisé par l'adresse.