Brevet FR2443768A1 — publié le 19800704

L'invention concerne les codeurs p.c.m. et convient particulièrement pour l'utilisation dans un système p.c.m à canal unique, tel que l'on peut le rencontrer dans un poste d'abonné. Un des problemes rencontrés dans un système à canal unique (SSC) est causé par la présence de bruit de fond, en particulier quand un code p.c.m. compressé est utilisé. Une méthode pour produire un code p.c.m. compressé consiste à coder de façon linéaire le signal audio initialement avec une précision et une fréquence d'échantillonnage plus élevée (32 kHz) que celle qui est actuellement nécessaire pour le fonctionnement suivant la loi A ou ij à 8 bits. Cela est accompli de façon telle que l'introduction de bruit provenant de cette opération ajouté au bruit provenant du filtrage numérique subséquent, réduction du taux d'échantillonnage à 8 kHz et compression suivant la loi A ou 'i (qui implique une réduction du nombre des bits de données) rentre bien en définition, dans l'économie globale du système. Quand le signal est codé, il n'est pas possible d'éviter un petit écart de réglage permanent en courant continu qui pourrait être équivalent à quelques bits parmi les moins significatifs (LSB's) du code compressé final. En conséquence, la caractéristique de codage est positionnée arbitrairement suivant une fonction de transfert en escalier. Les mêmes conditions existent exactement dans les techniques de codage conventionnelles et ont été étudiées par Shennum et Gray, "Limitation des performances d'un terminal pratique PCM", BSTJ, Janvier 1962,pages 143 à 171. Un des résultats les plus significatifs de leurs travaux a été de montrer comment le bruit de fond varie avec 1' écart de réglage permanent en courant continu comme une fonction du bruit d'entrée.Le bruit d'entrée peut être jusqu'à trois fois (4,8 dB) celui de quantisation théorique dépendant du point de base en courant continu. Dans la loi A à 8 bits, par exemple, le bruit de quantisation théorique est -74,6 dBmOp aux niveaux de signaux bas. En pratique, les niveaux mesurés de bruits de fond peuvent varier de zéro, si la polarisation est à mi-course, à -69,8 dBmOp si la polarisation se tient entre les extrêmes lorsque l'entrée la plus faible cause la sortie à sauter un bit entre deux valeurs de crête. Dans cette dernière condition, la diaphonie pourra croître de -80 dBmO, par exemple, à une puissance totale de -69,2 dBmO. Dans les codeurs p.c.m. conventionnels, cette situation ne peut être contrôlée. Suivant la présente invention, on prévoit un arrangement de codage p.c.m. comportant un convertisseur linéaire analogique numérique produisant des groupes d'impulsions codees contenant chacun un premier nombre de bits (impulsions), un filtre passe-haut numérique auquel la sortie du convertisseur est appliquée et des moyens pour ajou-ter à la sortie du filtre une quantité prédéterminée d'écart de réglage permanent en courant continu. L'effet du filtre passe-haut est de bloquer com plètement tout écart de réglage permanent en courant continu incontrôlé apparaissant avant le compresseur numerique de sorte que la performance du système puisse être définie avec précision et reproduite avec fidélité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui representent La figure 1 , un bloc diagramme d'un codeur p.c.m. pour un système à canal unique; La figure 2, les caracteristiques de transfert de compression suivant les lois A et ij à 8 bits aux environs de la région zéro; et La figure 3, la variation des bruits de fond mesurés avec l'écart de réglage permanent et la plus grande sensibilité de la loi A. Dans l'arrangement représenté sur la figure 1, l'entrée d'un convertisseur A/N linéaire à haute précision peut être considérée comme un signal analogique auquel peut être ajoutée une diaphonie indésirable de tension recueil lie à ou avant l'entrée du convertisseur. Le convertisseur 1 peut être n'importe quel convertisseur linéaire conventionnel. La sortie p.c.m. à définition élevée, par exemple 21 bits, est alors fournie à un filtre passe-haut numérique 2. (Si cela est nécessaire, on peut prévoir en option un traitement du signal p.c.m. à définition élevée avant qu'il soit filtré par le filtre passe-haut, comme cela est repré senté en 3 sur la figure 1. Cela peut inclure un filtrage par filtre passe-bas, un changement du taux d'échantillonnage, une égalisation, etc.).Le filtre passe-haut 2 bloque efficacement tout écart de réglage permanent en courant continu contenu dans le signal p.c.m. a définition élevée. Un écart de réglage permanent en courant continu contrôlé est alors ajouté en 4 au signal filtre par le filtre pas se haut, cet écart de réglage étant produit par le générateur 5. L'effet de cette disposition est de minimiser l'augmentation du bruit de fond et de la diaphonie. Finalement, le signal p.c.m. avec son écart de réglage permanent en courant continu contrôlé est appliqué à un compresseur numérique ou à un dispositif de quantification 6 qui réduit le nombre de bits par échantillon et si cela est nécessaire peut convertir le signal linéaire p.c.m. en un signal non linéaire suivant la loi A ou u , comme défini par le CCITT. Si l'on considère d'abord la situation du bruit de fond, la figure 2 représente la caractéristique de transfert compression suivant les lois A et ij à 8 bits aux environs de. la région zéro. On peut voir que, pour la loi A, un pas correspond à des mots d'entrée linéaires comportant 10 2/3 LSB's des 21 bits vers leoempresseur. Le point de décision du compresseur est en fait au premier nombre entier de bits au-dessus de N. 10 2/3. De façon similaire pour la loi , le pas minimum est 5 1/3 LSB's mais avec l'origine à mi-course et non au point zéro. Le filtre passe-haut bloque complètement tous les courants continus d'entrée et à leur place laisse un écart de réglage permanent de moins d'un LSB à sa sortie. En prévoyant un additionneur après le filtre passe-haut, il est possible d'examiner l'effet de la variation de l'écart de réglage permanent en courant continu du signal allant dans le compresseur. La figure 3 montre comment le bruit de fond mesuré varie avec l'écart de réglage et combinent la loi A est beaucoup plus sensible. En fait, sans aucun écart de réglage permanent, la loi A donne le plus mauvais résultat theorique de -70 dBmOp.Il est à noter que le processus de codage et de filtrage numérique produit un bruit à l'entrée dans le compresseur, qui est de l'ordre de 20 pwop. Ce bruit est de nature Gaussienne et contient occasionnellement des composantes qui excèdent ll bits de crête à crête. En conséquence, même quand il n'y a pas de signal d'entrée et que le compresseur est polarisé à mi-chemin entre les extrêmes, une proportion des échantillons provoque des recouvrements des niveaux de décision adjacents et par suite une quantité minimum de bruit de sortie de l'expanseur. A celà, il faut ajouter des contributions de bruits provenant des filtres passe-bas de réception et des circuits LSI du décodeur. Dans ces conditions, le niveau de bruit de fond global peut être aussi bas que -76 dBmOp. Avec la loi u , l'effet n'est pas si prononcé bien qu'il soit encore observable. C'est parce que le bruit d'entrée est grand en comparaison de la dimension d'un pas et cause des recouvrements très fréquents des niveaux de décision adjacents. Les systèmes de transmission PCM de North American D3 utilisent la loi u et 7 5/6 bits - c'est-à-dire qu'à chaque sixième échantillon il y a seulement 7 bits précis pour permettre la signalisation. Dans le mode à 7 bits, la caractéristique est comme dans la loi A croisant l'origine verticalement. Cet échantillon unique dans les six contribue à ce que la majeure partie du bruit de fond soit au moins plus mauvais de 1,25 dB que le bruit de quantisation théorique de la loi u à 8 bits. Dans les équipements de circuits intégrés usuels européens, on propose d'inclure un écart de réglage permanent en courant continu avant le compresseur (dans le cas de la loi A seulement) pour placer la caractéristique de transfert d'un demi-pas dans le sens positif afin d'assurer une performance de bruit de fond optimum. Si l'on considère maintenant l'alignement de gain et l'augmentation de diaphonie et si l'on fait un test de la sortie par rapport à l'entrée, mesurée sélectivement avec une entrée sinusoldale, le résultat est appelé habituellement alignement de gain ou de niveau. Toutefois,aux niveaux faibles, le test a une autre signification et peut concerner l'augmentation de la diaphonie. On va considérer le test suivant Niveau du signal Niveau de sortie Conclusion d'entrée 1 kHz dssmO dssmO + 10 + 4,5 Surcharge + 3 + 3,0 + 0 0,0 - 20 - 20,0 Linéarité - 40 - 40,0 - 60 - 59,9 - 80 1 - 70,0 Augmentation de la diaphonie La dernière mesure à -80 dBmO est le résultat de la conversion du -80 dBmO en une onde carrée d'un pas moins significatif par le procédé de compression. Le tableau suivant montre quelques résultats de mesure sur le système SCC avec le filtre passe-haut en et hors circuit. L'augmentation de la diaphonie n'est pas si mauvaise qu'on pourrait l'attendre à première vue parce que le bruit provenant du codeur et des filtres numériques agit comme un signal d'alarme. Entrée; Niveau de sortie dBm0 (tous tests faits avec une onde sinusoïdale à 802 Hz) Loi 8 Loi A 8 bits bits Passe haut pas Avec un passe-haut et écart de de haut de réglage permanent de Hors En passe- 0 1 3 6 LSB cir- cir- haut cuit cuit O 0,0 O,O 0,0 0,0 0,0 0,0 1 0,0 -50 -50,1 -50,2 -50,2 -50,1 -50,3 -50,2 -50,3 -60 -60,3 -60,5 -60,3 -60,4 -60,5 -60,7 -60,9 ! -70 -70,1 -71,0 -71,9 -69,2-69,3-71,0 -73,2 -80 -80,0 -81,01-84,0 -77,2 -77,6 F81,1 1-86,5 -90 -91,0 -92,0 -93,0 -87,0 87,2 89,0 ,-96,0 Le tableau montre que, pour la loi A, il y a un écart de réglage permanent optimum pour la meilleure performance de linéarité. Sans écart de réglage permanent, la caractéristique de transfert s'écarte de 3 dB de la linéarité à -90 dBmO, ce qui cause une augmentation de 3 dB d'un signal de diaphonie de -90 dBmO. Avec un écart de reglage permanent de 6 LSB's qui équivaut à la moitié d'un pas minimum de la loi A, la caractéristique de transfert s'incline de l'autre côté et un signal d'entrée de -90 dBmO serait atténué à 96 dBmO. Avec la loi , les effets ne sont pas facilement mesurables et aucun avantage appréciable ne peut être obtenu en introduisant un écart de réglage permanent. I1 est bien évident que la description qui précè- de n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagees sans sortir du cadre de l'invention.En particulier, l'invention est également applicable, par exemple, dans les cas où le nombre de bits p.c.m. linéaires est réduit au moyen d'une simple diminution. REVENDICATIONS 1 - Arrangement de codage p.c.m. caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur analogique numérique linéaire produisant des groupes d'impulsions codées contenant chacun un premier nombre de bits (impulsions), un filtre passe-haut numérique auquel la sortie du convertisseur est appliquée, et des moyens pour ajouter à la sortie du filtre un écart de réglage permanent prédéterminé en courant continu. 2 - Arrangement selon la revendication 1, carac térisé en ce qu'il inclue des moyens de filtration passebas interposés entre le convertisseur linéaire et le filtrage passe-haut numérique. 3 - Arrangement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour compresser de façon numérique la sortie du filtre contenant l'addition d'un écart de réglage permanent en courant continu.