Brevet FR2482806A1 — publié le 19811120

Procédé et dispositif de synchronisation de signal numérique. La présente invention concerne la synchronisation d'un signal numérique, constitué de mots successifs représentant des échantillons quantifiés d'information et provenant d'une source asynchrone, avec une horloge de référence locale et elle trouve une application particulièrement importante dans la synchronisation de signaux sonores numérisés. Les techniques actuelles de transmission, de diffusion et d'enregistrement de sources sonores impliquent fréquemment de coder les signaux de ces sources en numérique. Le signal sonore analogique, fourni par la source, de bande passante déterminée, est transformé en une succession de mots de x éléments binaires, appelés échantillons, représentatifs de la valeur quantifiée de ce signal analogique à des moments particuliers et pério- diques, appelés temps d'échantillonnage. Les valeurs de la période d'échantillonnage et du nombre x d'éléments binai- res par échantillon caractérisent la qualité du codage et dépendent de la nature des signaux à traiter. Les données numériques doivent, après transmission ou enregistrement, être reconverties par un convertisseur N/A qui exige une horloge de référence locale de génération de rythme. Pour générer ce rythme, on extrait du train de mots reçus le rythme d'arrivée des échantillons successifs. Leur fréquence nominale -c'est à dire intégrée sur une longue période de temps- est égale à la fréquence d'échantillonnage utilisée lors de la conversion A/N du signal sonore. Malheureusement les équipements parcourus par le signal entre les deux conversions (équipements-de ligne dans le cas de la transmission ou de la diffusion et équipements numériques dans le cas de l'enregistrement, font apparaître des perturbations sur le spectre du rythme reconstitué. Par exemple, les équipements de multiplexage sur les réseaux numériques sont conçus pour accepter, dans certaines limites, de la gigue de phase, mais ils créent eux-mêmes une gigue qui possède des composantes spectrales à basse fréquence qui ne peuvent pas facilement être éliminées. Les enregistreurs présentent des défauts identiques s'ils ne disposent pas de dispositif d'asservissement de base de temps. Par ailleurs, il est souvent délicat ou peu pratique d'asservir un centre de réception à un rythme extérieur, si ce centre possède sa propre horloge locale de référence. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif permettant de synchroniser un signal numérique reçu avec une horloge locale asynchrone, c'est à dire d'adap- ter le rythme du signal numérique à celui de l'horloge et ce- la de façon simple. L'invention utilise dans ce but le fait que les signaux numériques reçus comportent dans de nombreux cas, et notam- ment lorsqu'ils ont été obtenus à partir d'une source sonore, des périodes de silence, qui peuvent sans inconvénient être prolongés ou raccourcis. L'invention propose notamment un procédé de synchroni- sation de signal numérique,constitué de mots successifs re- présentant des échantillons quantifiés d'information sonore et comportant des périodes de silence, avec une horloge de référence locale, caractérisé en ce que: on mémorise les mots dans une mémoire locale au fur et à mesure de leur arri- vée et on les lit à la"fréquence de l'horloge locale, on détermine en permanence le taux de remplissage de la mémoire, on compare ce taux à un intervalle compris entre un seuil de remplissage maximum et un seuil minimum déterminés, et on modifie le contenu de la mémoire à l'apparition du premier silence qui suit la sortie du taux du dit intervalle, par vidage de la mémoire d'un nombre d'échantillons déterminé si le taux est supérieur au seuil maximum, par remplissage dans le cas contraire. En d'autres termes, on mesure en permanence le contenu de la mémoire qui au cours d'une phase initialeavant début de la lecture,sera remplie à un taux déterminé, typiquement à moitié. Suivant l'écart entre les rythmes d'écriture et de lecture, la mémoire va se remplir ou se vider. A partir d'un certain seuil de remplissage maximum, on augmentera artificiellement et temporairement le débit de sortie; à partir d'un certain seuil de remplissage minimum, on réduira artificiellement et temporairement le débit de sortie. Le procédé suivant l'invention impose de rechercher les périodes de silence dans le signal numérique. On les caracté- risera conventionnellement par une suite continue de N échan- tillons, N étant supérieur à un nombre déterminé No, dont les valeurs sont comprises entre deux valeurs extrêmes Si et S2. Les valeurs SI et S2 peuvent être implicites ou program- mables. Un éventuel décalage continu du signal sonore lors de la conversion analogique-numérique est corrigeable par une programmation appropriée de Si et S2. Le paramètre N0caractérise la longueur du silence dé- tecté: sa valeur peut être implicite ou programmable. Suivant un autre aspect de l'invention, on efface un silence au moins partiellement lorsqu'une augmentation de débit de sortie est recherchée: le contenu en mémoire dé- croit alors, de N échantillons si le silence est effacé en totalité; on répète un silence - ou on l'allonge d'une durée déterminée - lorsqu'on recherche une réduction du débit de. sortie. La valeur No peut être choisie en fonction de l'écart relatif maximum admissible entre les fréquences d'écriture et de lecture, d'une part; de la répartition statistique des "silences" dans les modulations reçues,d'autre part. L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, comprenant une mémoire vive associée à des moyens d'écriture des mots au rythme de leur arrivée et à des moyens de lecture à la fréquence de l'horloge locale; des moyens de repérage du taux de remplissage de la mémoire et de comparaison avec un domaine limité par des seuils de remplissage minimum et maxi- mum déterminés, fixes ou programmables; un détecteur de silen- ce; et des moyens commandés par les moyens de comparaison et le détecteur pour remplir ou vider partiellement la mémoire, suivant le cas, au cours du premier silence qui suit la sor- tie du taux de remplissage hors du domaine. Dans les définitions ci-dessus, les mots "information sonore" doivent être interprétés dans un sens large et comme désignant toute information ayant une répartition temporelle comparable à celle provenant d'une source sonore proprement 24828a6 dite. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription suivante C'un exemple de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures 1 et 2 qui l'accompagnent. La fig 1 est unsynoptique de principe des circuits du dispositifs; la figure 2 montre un détail. Le dispositif comporte une mémoire vive 1 qui reçoit le signal numérique sur une entrée 11, par l'intermédiaire d'un coupleur non représenté. Une horloge d'écriture 12 associée à la mémoire 1 extrait, du train de mots numériques arrivant sur l'entrée 11, la fréquence d'échantillonnage qui constitue la fréquence d'écriture. Une horloge locale de lecture 13 est également associée à la mémoire 1. Sa fréquence nominale de lecture est engendrée par une horloge locale dont la valeur nominale est choisie proche de la valeur de la fréquence d'échantillonnage du codeur analogique-numérique qui fournit les signaux appliqués sur l'entrée 11 de la mémoire 1. L'é- cart entre les deux fréquences sera défini par la précision des horloges utilisées. Les techniques actuelles assurent aisément une précision de 106. Le faible décalage existant entre les fréquences de conversion analogique/numérique et numérique/analogique ne crée aucune dégradation perceptible du signal sonore. La mémoire 1 est structurée en mots ou multiplets de x éléments binaires, x étant le nombre d'éléments binaires ou "bits" par échantillon,et elle travaille en 'premier entré- premier sorti" (mode dit FIFO). Les mots numériques succes- sifs apparaissent ainsi en séquence sur la sortie 14, reliée à un convertisseur N/A. Des moyens sont prévus pour mesurer en permanence le taux de remplissage de la mémoire. Ils comportent un comp- teur adresse d'écriture 2 et un compteur adresse de lecture 3, qui définissent respectivement les adresses d'écriture et de lecture dans la mémoire 1. Un système d'initialisation du processus, non représenté, provoque le remplissage de la mémoire,par écriture jusqu'à la moitié de sa capacité avant lecture, et charge.les campteurs 2 et 3 de façon que la valeur absolue de leur diffârence (modula la capacité de la mémoire) soit égale à la moitié de la capacité globale de la mémoire. En d'autres termes, les pointeurs d'écriture et de lecture sont alors à distance maximale l'un de l'autre. Le compteur 2 est relié à la sortie de l'horloge 12 de façon qu'à chaque écriture en némoire 1 ce compteur adresse d'écriture 2 soit incrémenté d'une unité (modulo la capacité de la mémoire). Le compteur adresse de lecture 3 a son entrée d'incrémenta- tion reliée à la sortie de l'horloge 13 de façon qu'à chaque lecture de la mémoire 1 ce compteur 3 soit incrémenté d'une unité (modulo la capacité de la mémoire). Le taux de remplis- sage peut ainsi être déterminé en comparant le contenu des compteurs 2 et 3. Pour cela les moyens de mesure comprennent encore un compteurdécompteur 4,qu'on appellera par la suite compteur du seuil de décalage, que le système. d'initialisa- tion met à zéro au début du processus. L'entrée d'incrémen- tation 16 du compteur de seuil 4 est reliée à la sortie de l'horloge d'écriture 12, par l'intermédiaire d'une porte OU 17, dont le râle apparaîtra plus loin, de sorte que le compteur 4 s'incrémente d'une unité à chaque écriture. Son entrée de décrémentation 18 est reliée de façon similaire à l'horloge 13 par l'intermédiaire d'une porte OU 19, de façon que le comp- teur se décrémente à chaque lecture. Ainsi un rythme de lec- ture plus rapide qu'un rythme d'écriture conduira à une va- leur négative de ce compteur et inversement. La valeur absolue du contenu du compteur apparaît sur une sortie à plusieurs bits 20 et le signe apparaît sous for- me de signal binaire sur une seconde sortie 21. Le compteur 4 qui représente le taux de remplissage de la mémoire 1, est associé à un comparateur 29 qui reçoit d'une part les sorties du compteur 4, d'autre part un signal de seuil provenant d'un générateur 23 qui fournit un signal à plusieurs bits représentatif de l'écart maximum accepté entre le contenu de la mémoire 1 et la demi-capacité. Le çéqérateur 23 peut être à seuil fixe ou programmable: le choix sera fait suivant la nature du système de transmission, de diffusion ou d'enregistrement utilisé. Le comparateur 22 est prévu pour ne fournir au- cun signal lorsque le contenu du compteur de seuil de décala- ge 4 est inférieur en valeur absolue au seuil affiché par le générateur 23-et pour fournir un signal logique sur l'une des sorties 24 et 25, suivant le signe indiqué sur la sortie , lorsque la valeur absolue du contenu du compteur 4 dépas- se le seuil affiché. Les sorties 24 et 25 sontreliées à des moyens de re-syn- chronisation pour les activer lorsqu'elles fournissent un signal. Ces moyens interviennent alors dès le premier silen- ce, ce qui implique de prévoir des moyens de détection de celui-ci et des moyens de raccourcissement et d'allongement du silence. Un silence sera caractérisé conventionnellement par une suite continue d'au moins No échantillons successifs dont les valeurs sont comprises entre deux valeurs extrêmes déterminées Si et S2. Les moyens de détection d'un silence ainsi défini peuvent avoir la constitution montrée en figure 2. Ces moyens comprennent deux comparateurs 31 et 32 qui reçoivent les échantillons successifs et comparent leur - valeur aux seuils Si et S2. Les seuils Si et S2 peuvent être programmés implicitement, localement ou par un signal de données spécial accompagnant le signal sonore numérique. Dans tous les cas, ces valeurs de seuils Si et S2 sont respective- ment stockées dans des mémoires 33 et 34. Une porte ET 38- reliée auxcomparateurs fournit à un compteur 35 un signal qui provoque l'incrémentation du compteur par l'horloge-12 s'il indique une valeur d'échantillons comprise entre Si et S2, la remise à zéro synchrone dans le cas contraire. Un comparateur 36 compare le contenu du compteur 35 à la valeur N stockée dans une mémoire 37. Comme les seuils, N0 peut être programmé implicitement, localement ou par un signal de données spécial accompagnant le signal sonore numérique. N sera typiquement inférieur au signal de seuil fourni par le Générateur 23. La présence d'un signal sur la sortie 39 du compara- teur 36 caractérise la présence d'un silence dans le signal reçu. Dans ce cas particulier, les moyens de détection du silence fournissent une information sur l'apparition de l'échantillon d'ordre N d'un silence. On peut évidemment en déduire le début du silence, No échantillons plus tôt. Ä482836 Ces informations sont suffisantes pour exécuter la procédure d'adaptation du rythme de lecture. Les moyens montrés en figure 2 peuvent être remplacés par tout autre système permettant de repérer le début du silence et soit le nombre conventionnel No (cas de la figure 2), soit la durée totale effective N. Ces systèmes peuvent être placés en amont de la voie de transmission sonore numérique, les informations de silence étant alors transmises sur un canal parallèle à la voie de transmis- sion des signaux sonores numériques. Sur la figure 1, les moyens de détection de silence ont été représentés globalement par un système 26 auquel sont appliquées les valeurs prédéterminées No, Si et S2. Ce système 26 comporte une sortie 27 de commande d'un générateur 28 qui fournit, chaque fois qu'il est excité, une séquence de No impulsions en un temps inférieur à une période de l'horloge 13 et dont le rôle apparaîtra plus loin. Le système 26 est prévu pour fournir également des signaux sur des sorties reliées à des mémoires tampons 5 et 6 dès qu'ils détectent un silence. Ces signaux de commande provoquent le stockage de l'adresse de début de silence dans la mémoire 5, de l'adresse de fin de silence (échantillon d'ordre N) dans la mémoire 6. Les signaux d'adresse contenus dans les mémoires 5 et 6 sont respecti- vement appliqués à deux comparateurs 8 et 9 qui reçoivent également l'indication de l'adresse contenue dans le comp- teur d'adresse d'écriture 3. Les comparateurs 8 et 9 sont reliés aux entrées de portes ET respectives 29 et 30 éga- lement attaquées par les sorties 24 et 25, respectivement. Les portes ET 29 et 30 attaquent, par l'intermédiaire d'une porte ET 39 et 40, des portes OU 17 et 19, respectivement. Cela étant, le fonctionnement du dispositif montré en fi- gure 1 est le suivant: Dès l'instant o le seuil de décalage fixé par le générateur 23 est atteint, le comparateur 22 fournit un signal sur la sortie 24 ou la sortie 25, suivant que le contenu du compteur 4 est positif ou négatif. Ce signal débloque la porte ET 29 ou 30, suivant le cas, de sorte que le décalage sera réduit lors de la première période de silence qui apparaîtra. Dès qu'un silence est detecte, les adresses en mémoire 3 de début et de fin de ce silence sont respectivement trans- férées et stockées dans les mémoires 5 et 6. Si le contenu du compteur 4 est positif, le comparateur 8 envoie à l'entrée 41 de la mémoire 3 par l'intermédiaire= de la porte ET 29, un ordre de chargement du compteur 3 à la valeur contenue dans la mémoire 6 (fin de silence) dès que le compteur d'adresse lecture 3 affiche le contenu de la mémoire 5. En même temps, la sortie de la porte ET 29 déblo- que la porte ET 39 et provoque la décrémentation du compteur 4 de N unitéspar le générateur d'impulsions 28. De façon similaire, si le contenu du compteur 4 est négatif, le comparateur 9 intervient dès que le compteur d'adresse lecture 3 affiche le même contenu que la mémoire 6: le comparateur 9 provoque alors le chargement du comp- teur 3 à la valeur contenue dans la mémoire 5. Il valide - simultanément la porte ET 40 à travers la porte 30. Le compteur 4 est alors incrémenté de N unitéspar le généra- teur d'impulsions 28. On voit que le silence aura été réduit dans le premier cas, allongé dans le second. Si le décalage a une-valeur telle que le contenu du compteur 4 est encore au-dessus du seuil, en valeur absolue, après cette opération de rattrapage, la même procédure est réinitialisée. L'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont-été représentés et décrits à titre d'exemples. Elle s'étend au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences et à toute appli- cation, par exemple un système de transmission utilisant une procédure par paquets, o les données arrivent par salves. REVENDICATIONS 1. Procédé de synchronisation d'un signal numérique, constitué de mots successifs représentant des échantillons quantifiés d'information sonore et comportant des périodes de silence, avec une horloge de référence locale, caractéri- sé en ce que: - on mémorise les mots dans une mémoire locale au fur et à mesure de leur arrivée et on les lit à la fréquence de générateur locale fon détermine en permanence le taux de rem- plissage de la mémoire, - on compare ce taux à un intervalle compris entre un seuil de remplissage maximum et un seuil minimum déterminés, - et on modifie le contenu de la mémoire à l'apparition du premier silence qui suit la sortie du taux du dit interval- le, par vidage de la mémoire d'un nombre d'échantillons déter- minés, si le taux est supérieur au seuil maximum, par remplis- sage dans le cas contraire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire est vidée ou remplie d'un nombre d'échan- tillons correspondant à une durée prédéterminée et en ce qu'on utilise comme critère de silence la présence d'échan- tillons successifs compris entre une valeur maximale et une valeur minimale déterminées pendant au moins la dite durée. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la dite durée et les dites valeurs sont implicites, programmables localement, ou issues d'un canal de données pa- rallèle à la voie d'amenée du signal numérique, pour adapter le procédé aux caractéristiques du signal so- nore reçu. 4. Dispositif de synchronisation d'un sicnal numérique, constitué de mots successifs représentant des échantillons quantifiés d'information sonore et comportant des périodes de silence,avec une horloge locale asynchrone avec la source du signal, caractérisé en ce qu'il comprend: une mémoire vive associée à des moyens d'écriture des mots au rythme de leur arrivée et à des moyens de lecture à la fréquence de l'horloge locale; des moyens de repérage du taux de remplis- sage de la mémoire et de comparaison avec un domaine limité par des seuils de remplissage minimum et maximum déterminés, fixes ou programmables; un détecteur de silence; et des moyens commandés par les moyens de comparaison et le détec- teur pour remplir ou vider partiellement la mémoire, suivant le cas, au cours du premier silence qui suit la sortie du taux de remplissage hors du domaine. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le détecteur desilence comporte des moyens pour déceler la présence en mémoire d'un nombre au moins égal à 1, nombre déterminé No de mots successifs, de mots compris entre une valeur maximale et une valeur minimale déterminées. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce que les moyens de repérage du taux de remplis- sage de la mémoire comprennent un compteur-décompteur (4) ayant une entrée d'incrémentation reliée à une horloge (12) d'écriture dans la mémoire vive (1) et une entrée de décré- mentation reliée à l'horloge locale asynchrone de lecture (13) et en ce que les moyens de comparaison avec un domaine limité comportent un comparateur (22) qui reçoit des signaux - de sortie représentatifs de la valeur absolue et du signe du contenu du compteur-décompteur (4) et fournit un signal de réduction ou de répétition de silence lorsque la dite valeur absolue dépasse un seuil déterminé. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour remplir ou vider partiellement la mémoire comprennent: - un générateur déclenché d'un nombre prédéterminé No d'impulsions, - une première mémoire auxiliaire (5) destinée à stoc- ker l'adresse en mémoire vive du début de silence et une seconde mémoire auxiliaire (6) destinée à stocker l'adresse en fin de silence, No mots après le début, - un comparateur provoquant le transfert de l'adresse de fin de silence dans le compteur (3) d'adresse de lecture en mémoire vive lors de la coïncidence entre l'adresse de lecture réelle et l'adresse en mémoire auxiliaire (5), lors- que la mémoire doit être partiellement vidée, - un comparateur destiné à provoquer le transfert de la mémoire de début de silence dans le compteur (3) d'adresse de lecture de la mémoire vive lors de la coïncidence entre il l'adresse dans le compteur (3) et l'adresse en mémoire (6), lorsque la mémoire doit être remplie.