Brevet FR2481542A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne un récepteur de si- gnaux multifréquence dans la bande audio et, plus particulière-. ment,un récepteur de signalisation à bouton-poussoir numéri- que destiné à être utilisé dans un terminal pour central télé- phonique ou système analogue. Un récepteur à bouton-poussoir numérique fonction- nant en récepteur de signaux multifréquence dans la bande au- dio présente plusieurs avantages sur un récepteur à bouton- poussoir analogique en ce qui concerne la stabilité et la précision sur une longue période de temps dans diverses condi- tions d'environnement, telles que la température, les varia- tions dues au vieillissement, etc. Dans un tel récepteur à bouton-poussoir, deux fréquences prédéterminées, l'une sélec- tionnée dans un groupe de fréquence inférieures (697 Hz,770 Hz, 852 Hz et 941 Hz), l'autre dans un groupe de fréquences supérieures (1.209 Hz, 1. 336 Hz, 1.477 Hz, et 1.633 Hz) sont allouées aux signaux du téléphone à bouton-poussoir représen- tant un numéro de bureau ou un numéro d'abonné appelé. Par- mi ces fréquences,la fréquence de 1.633 Hz n'est pas utilisée couramment, mais est conservée en vue d'une utilisation future. En outre, des signaux de ligne d'environ 400 Hz peuvent être utilisés en plus pour donner une information sur la liaison par ligne entre ledit bureau et un abonné appelant. Pour cet- te raison, un tel récepteur à bouton-poussoir doit détecter correctement les deux fréquences même avec n'importe quel pos- 2. te, que les signaux de ligne soient présents ou absents. Un récepteur à bouton-poussoir numérique utilisant un filtre numérique est proposé dans la figure 1 d'un article de Shiro Kikuchi et autres intitulé "A Study on Digital Push- button Signaling Receiver", THE TRANSACTIONS OF THE IECE OF JAPAN, Vol. E 61, n0 8, août 1978, pp. 656-657 (référence 1). Comme un signal de la bande des audiofréquences contenant des signaux de bouton-poussoir est généralement échantillonné à une fréquence de 8 KHz et transformé en une quantité numé- rique ayant un nombre prédéterminé de bits dans un système téléphonique multiplex à répartition dans le temps, le récep- teur à bouton-poussoir proposé dans cet article doit être tel que tous ses filtres numériques traitent le signal échan- tillonné à 8 KHz. En généralle nombre d'opérations arithmétiques exécutées par chaque filtre numérique est proportionnel à la fréquence d'échantillonnage pour chaque signal traité dans le filtre numérique. En conséquence, le nombre d'opérations arithmétiques requises par un dispositif utilisant des fil- tres numériques peut être réduit par abaissement de la fré- quence d'échantillonnage sans perte de l'information néces- saire. Un objet de la présente invention est, par consé- quent, de prévoir un récepteur à bouton-poussoir numérique qui soit capable de détecter chaque signal de bouton-poussoir distribué de façon irrégulière dans une zone de basse fré- quence à l'intérieur d'une gamme de fréquence audio comprise entre O et 4 KHz, avec un petit nombre d'opérations arithmé- tiques par traitement numérique abaissant les fréquences d'échantillonnage du signal de bouton-poussoir. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un récepteur à bouton-poussoir numérique simplifié, peu coûteux, consommant moins d'énergie. Selon l'un des aspects de la présente invention, on prévoit un récepteur à bouton-poussoir numérique répondant à u.; signal de la bande audio-fréquence numérisé à une pre- mière fréquence d'échantillonnage et contenant des signaux de bouton-poussoir, chacun d'eux ayant une fréquence sélec- 3. tionnée parmi une pluralité prédéterminée d'un groupe de fréquences inférieures et une autre choisie dans une plura- lité prédéterminée d'un groupe de fréquences supérieures. Le récepteur à bouton-poussoir de la présente in- vention comprend: - des moyens pour diviser la gamme complète de fréquence du signal à fréquence audio en deux bandes de fré- quence en réponse au signal numérisé, éliminer une bande prédéterminée parmi les deux bandes, et produire un signal résultant situé dans l'autre bande et contenant les deux groupes ou l'un des groupes de fréquences inférieures et supérieures des signaux de bouton-poussoir; - des moyens pour soumettre le signal résultant à un rééchantillonnage un nombre prédéterminé de fois à une seconde fréquence d'échantillonnage obtenue en réduisant de moitié chaque fois la première fréquence d'échantillonnage, éliminer le signal de la bande de fréquence ne contenant pas les groupes de fréquences inférieures et supérieures des si- gnaux de bouton-poussoir, et générer ainsi deux jeux de si- gnaux l'un contenant des fréquences abaissées correspondant au groupe de fréquences inférieures et l'autre contenant des fréquences abaissées correspondant au groupe de fréquences supérieures; - deux jeux de groupes de filtres passe-bande pour détecter des signaux prédéterminés de boutonpoussoir dans les deux jeux de signaux provenant du moyen de division; des moyens pour extraire l'énergie des sorties des deux jeux de groupes de filtres passe-bande; et - un moyen pour déterminer les signaux de bouton- poussoir en réponse aux sorties du moyen d'extraction. La présente invention permet d'obtenir un nouveau récepteur à boutonpoussoir numérique qui est conçu pour réduire la quantité nécessaire d'opérations arithmétiques en faisant appel à la technique d'échantillonnage de bande entière à stades multiples, abaissant par là les fréquences d'échantillonnage. On trouvera des détails sur cette techni- que d'échantillonnage dans un article de R.E. Crochiere et 4. autres, intitulé "Digital Coding of Speech in Sub-bands", The Bell System Technical Journal, Octobre 1976, pp. 1069-1085 (reference 2). - La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un mode de réalisation de la présente invention; Les figures 2(a) à 2(1) représentent des spectres de signaux dans différentes parties de la figure 1; et La figure 3 est un schéma sous forme de blocs d'un circuit de calcul d'énergie utilisé dans la figure 1. En liaison avec la figure 1, un mode de réalisation de la présente invention conçue pour détecter uft groupe de fré- quences inférieures (697 Hz, 770 Hz, 852 Hz et 941 Hz) et un groupe de fréquences supérieures (1.209 Hz, 1.336 Hz et 1.447 Hz) comprend une borne d'entrée 1 recevant un signal de fré- quence situé dans la bande audio numérisé par échantillonna- ge à une fréquence de 8 KHz; un premier filtre passe-bas 2; un premier commutateur d'échantillonnage 3; un second filtre passe-bas 4; un second commutateur d'échantillonnage 5,un - premier filtre passe-haut 6; un troisième commutateur.d'échan- tillonnage 7; des filtres passe-bande 8 à 11 et 16 à 18; un second filtre passe-haut 12; un quatrième commutateur d'échan- tillonnage 13; un troisième filtre passe-haut 14; un cinquiè- me commutateur d'échantillonnage 15; des circuits de calcul d'énergie 20 à 28; des comparateurs 30 à 36; et un circuit de décision 40. Chaque bande passante des filtres passe-haut 6, 12 et 14, donne entre 1/4 et 1/2 des fréquences d'échantillonna- ge correspondantes de 2 KHz, 4 KHz et 2 KHz, respectivement, alors que les fréquences des filtres passe-bas 2 et 4 vont de O Hz à 1/4 des fréquences d'échantillonnage correspondantes de 8 KHz et 4 KHz,- respectivement. On se reportera pour avoir des détails sur les filtres passe-haut 6, 12 et 14,sur les filtres passe-bas 2 et 4, et sur les filtres passe-bande 8, 9, , 11, 16, 17 et 18, à un article de Lawrence R. Rabiner et 5. autres ayant pour titre: "The Theory and Application of Digi- tal Signal Processing", publié en 1976 par Prentice-Hall, Inc., pp. 89-105 and pp. 211-238 (Reference 3). Les circuits de calcul d'énergie 20 à 28,qui ont tous des structures identiques, seront décrits ultérieure- ment en détail. Pour chacun des comparateurs 30 à 36 et pour le circuit de décision 40,le comparateur d'amplitude et le circuit décodeur décrits dans les pages 202 et 308 du manuel intitulé: The TTL Data Manual for Design Engineers publié en 1973 by Texas Instruments Inc. (Reference 4) peuvent être utilisés, respectivement. On décrira maintenant les signaux apparaissant en différents points de la figure 1 en liaison avec la figure 2. Un signal de fréquence audio échantillonné à 8 KHz ayant un spectre, représenté en figure 2(a) est trans- formé en ce qui est représenté en figure 2(b) après passage dans le filtre passe-bas 2. Etant donné que la fréquence d'échantillonnage de 8 KHz est alors réduite à 4 KHz par le commutateur d'échantillonnage 3, le spectre de la figure 2(b) est encore transformé en ce qui est représenté en figu- re 2(c), ce qui signifie que les composantes de fréquence de la figure 2(b) comprises entre O et 2 KHz sont déployées pour donner la gamme 2-4 KHz. Dans la figure 2(c), les références S, I et L représentent les agencements de fréquence des grou- pes supérieur et inférieur des signaux de bouton-poussoir et des signaux de ligne, respectivement. La détection du groupe de fréquences inférieures sera d'abord décrite. Le signal ayant traversé le commutateur 3 est transformé en ce qui est représenté en figure 2(d) par le filtre passe-bas 4. La fréquence d'échantillonnage de 4 KHz est alors abaissée à 2 KHz par le commutateur d'échantillona- nage 5 de façon à donner le spectre de la figure 2(e), ce qui signifie que les composantes de fréquence de la figure 2(d) comprises entre O et 1 KHz sont déployées pour donner la gamme 1-2 KHz. Le signal ayant traversé le filtre passe-haut 6 par l'intermédiaire du commutateur 5 est transformé en ce 248 1542 qui est représenté en figure 2(f). Il en résulte que la fré- quence d'échantillonnage de 2 KHz est abaissée à 1 KHz par le commutateur d'échantillonnage 7 de façon à donner le spectre représenté en figure 2(g). On notera que les composan- tes utiles des signaux de ligne sont enlevées par le filtre passe-haut 6 et que les composantes de fréquences représen- tées en figure 2(f) comprises entre 500 Hz et 1 KHz sont dé- ployées pour donner la gamme 0-500 Hz afin d'obtenir le spec- tre représenté en figure 2(g) lorsqu'un signal ayant la fré- quence représentée en figure 2(f) est rééchantillonné à une fréquence d'échantillonnage de 1 KHz par le commutateur d'échantillonnage 7. Par conséquent, les fréquences (697 Hz, 770 Hz, 852 Hz et 941 Hz) sont ramenées à 303 Hz, 230 Hz, 148 Hz et 59 Hz, comme cela est représenté en figure 2(g), respectivement. A partir du signal échantillonné à 1 KHz ayant passé par le commutateur 7, les composantes de fréquence de 303 Hz, 230 Hz., 148 Hz et 59 Hz correspondant respectivement à 697 Hz, 770 Hz, 852 Hz et 941 Hz sont extraites par les filtres passe-bande 8, 9-, 10 et 11, qui ont des bandes pas- santes correspondant respectivement à a, f, y et 8 de la figure 2(h). Le signal ayant passé par le commutateur d'échantil- lonnage 7 et les signaux ayant passé par les filtres 8, 9, 10 et 11 sont soumis à un calcul d'énergie de signal par les circuits 20, 21, 22, 23 et 24,-respectivement. Dans chacun des comparateurs 30 à 33, la valeur de l'énergie calculée par le circuit 20 est comparée à chacune des valeurs correspondantes de signal calculées par les cir- cuits 21 à 24, respectivement, correspondant à 697 Hz, 770 Hz, 852 Hz et 941 Hz. En réponse à la coïncidence de la sor- tie du circuit 22,laquelle est la sortie du filtre passe-ban- de 9 avec celle du circuit 20, la composante du signal de 770 Hz est détectée comme signal de réception pour le pré- sent récepteur. Le signal de fréquence audio est échantillonné à une fréquence d'échantillonnage de 4 KHz par le commutateur 7. d'échantillonnage 3, fourni au filtre passe-bas 4, puis sou- mis à un traitement d'identification à une fréquence du groupe de fréquences inférieures, alors que le même signal ayant traversé le commutateur d'échantillonnage 3 est également fourni au filtre passe haut 12 pour subir un traitement d'identification à une fréquence du groupe de fréquences supérieures de la façon suivante. Le spectre de signal (figure 2(c)) obtenu au commu- tateur d'échantillonnage 3 est transformé en ce qui est re- présenté en figure 2(i) après être passé dans le filtre pas- se-haut 12; puis est transformé en ce qui est représenté en figure 2(j) après échantillonnage à une fréquence de 2 KHz par le commutateur 13. On notera que, comme cela a été décrit en détail en liaison avec le traitement du groupe de fréquen- ces inférieures, des inversions de spectre se produisent,de sorte que le groupe de fréquences supérieures (1.209 Hz, 1.336 Hz et 1.477 Hz) est abaissé à 791 Hz, 664 Hz et 523 Hz respectivement. Le signal ayant été échantillonné à une fréquence de 2 KHz par le commutateur 13 est transformé par le filtre passe-haut 14, de façon à avoir le spectre de la figure 2(k), et échantillonné à une fréquence de 1 KHz par le commu- tateur d'échantillonnage 15 de façon à avoir le spectre de la figure 2(1). Grâce à un tel traitement par le commuta- teur 3, le filtre 12, le commutateur 13, le filtre 14 et le commutateur 15, ces fréquences (1.209 Hz,. 1.336 Hz et 1.477 Hz) sont réduites à 209 Hz, 336 Hz et 477 Hz respectivement. A partir du signal soumis à l'échantillonnage de 1 KHz par le commutateur 15, les composantes de fréquence de 209 Hz, 336 Hz et 477 Hz sontextraites par les filtres passe-bande 16, 17 et 18,respectivement. Les signaux prove- nant de ces filtres passe-bande 16, 17 et 18 sont soumis à un calcul d'énergie de signal par les circuits 26, 27 et 28S D'autre part, le signal ayant passé par le commutateur 15 est appliqué au circuit de calcul d'énergie 25, L'énergie de signal calculée par le cir7cuit 25 est comparée à celle des comparateurs 34,35 et 36 pour vé- rifier si le signal traité est constitué de l'une des fré- 8. quences du groupe de fréquences supérieures. Le circuit de décision 40 décide, en réponse aux résultats obtenus aux sorties des comparateurs 30 à 36, si une fréquence est sélectionnée parmi les fréquences 697 Hz, 770 Hz, 852 Hz et 941 Hz et une autre parmi les fréquences 1.209 Hz, 1.336 Hz et 1.477 Hz. Il en résulte que la combinai- son de fréquences ainsi déterminée décide du bouton qui a été actionné. La figure 3 représente un exemple de circuit 20 à 28 dont il a été question en figure 1. L'exemple représen- té est constitué d'une borne d'entrée 50, d'un multiplica- teur 60 pour un calcul de carré, d'un filtre passe-bas 80 et d'une borne de sortie 100. Dans chacun des circuits 20 à 28, l'énergie (c'est- à-dire l'amplitude d'un signal donné) est calculée de la fa- çon suivante. Le carré du signal est pris au multiplicateur et appliqué au filtre passe-bas 80, de sorte qu'une compo- sante en courant continu peut être extraite pour indiquer l'amplitude du signal. Comme cela a été décrit précédemment, la présente invention permet l'abaissement des fréquences d'échantillon- nage utilisées dans les sections de traitement de signal. En conséquence, le récepteur de la présente invention fonctionne avec un nombre relativement petit d'opérations par rapport à un système classique représenté dans la figure 1 de l'article, référence 1, lequel fonctionne avec une fréquence d'échantil- lonnage de 8 KHz. Simultanément, la présente invention permet d'adopter une structure plus simple avec une consommation moindre d'énergie ce qui-se traduit par un récepteur peu coû- teux. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVEND ICATIONS 1 - Récepteur de signalisation à bouton-poussoir numérique répondant à un signal d'entrée de fréquence audio numérisé à une première fréquence d'échantillonnage et con- tenant des signaux de téléphone à bouton-poussoir, chaque si- gnal étant constitué d'une fréquence sélectionnée parmi une pluralité prédéterminée d'un groupe de fréquences inférieures et d'une autre fréquence choisie dans une pluralité prédéter- minée d'un groupe de fréquences supérieures, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (2-7) pour diviser la gamme complète de fréquence du signal à fréquence audio en deux bandes de fréquence en réponse au signal numérisé, éliminer une bande prédéterminée des deux bandes, et produire un signal résul- tant à l'intérieur de l'autre bande et contenant les deux ou l'un ou l'autre des groupes inférieur et supérieur de fréquen- ces des signaux de bouton-poussoir; - des moyens (4-15) pour soumettre le signal résul- tant à un rééchantillonnage un nombre prédéterminé de fois à une seconde fréquence d'échantillonnage obtenue en réduisant d'l/2 chaque fois la première fréquence d'échantillonnage, éliminer le signal de la bande de fréquence ne contenant pas les groupes inférieur et supérieur de fréquences des signaux de bouton-poussoir, et par conséquent produire deux ensembles de signaux, l'un contenant des fréquences abaissées correspon- dant au groupe inférieur de fréquences et l'autre contenant des fréquences abaissées correspondant au groupe supérieur de fréquences; - deux ensembles de groupes (8-11, 16-18) de fil- tres passe-bande pour la détection de signaux de bouton-pous- soir prédéterminés dans les deux jeux de signaux provenant du moyen de division; - des moyens (20-25) pour extraire l'énergie des sorties des deux ensembles de groupes de filtres passe-bande; et - un moyen (40) pour déterminer les signaux de bou- ton-poussoir en réponse aux sorties du moyen d'extraction.