Brevet FR2479629A1 — publié le 19811002

CPL/MOA t La présente invention concerne les procédés de démodulation d'un signal-modulé en amplitude, résul- tant d'une modulation en amplitude' à porteuse suppri- mée, de deux porteuses en quadrature de phase, les démodulateurs mettant en oeuvre ces procédés et en par- ticulier les systèmes de télévision PAL (Phase Alter- nation Line) et N.T.S.C. (National Television System Comittee) comportant de tels dispositifs. Les signaux vidéofréquences PAL et N.T.S.C. comprennent chacun: un signal de luminance, princi- palement situé dans la partie basse du spectre du si- -gnal vidéofréquence, et un signal de chrominance com- posé de deux modulations d'amplitude de deux sous- porteuses de m9me fréquence F mais déphasées de 900 l'une par rapport à l'autre. Il est actuellement connu divers systèmes per- mettant la démodulation d'un tel signal de chrominance à l'aide de circuits démodulateurs classiques. Lors- que ces circuits utilisent un échantillonneur du si- gnal, ils-présentent l'inconvénient de nécessiter l'emploi de dispositifs d'asservissement pour assurer une synchronisation des instants d'échantillonnage par rapport au signal à démoduler. Le procédé de la présente invention présente l'intérêt de n'imposer aucune contrainte entre les' instants d'échantillonnage et le signal à démoduler. De plus, sa mise en oeuvre se fait à l'aide de moyens simples, notamment pour une démodulation numérique du signal de chrominance d'un signal vidéofréquence PAL ou N.T.S.C. Selon l'invention, un procédé de démodulation d'un signal modulé en amplitude résultant d'une modu- lation en amplitudes à porteuse supprimée, de deux porteuses à la m8me fréquence F et en quadrature de phase par deux signaux de modulation, consistant à considérer le signal à démoduler comme étant la pro- jection sur un axe OX d'un vecteur tournant autour d'un point 0 dans un repère OXY, et à échantillonner ce signal suivant la fréquence mF (m entier positif), est caractérisé en ce que les coordonnées polaires du vecteur tournant sont déterminées au moyen de deux échantillons successifs du signal à démoduler, et en ce que, tous les,- les valeurs des amplitudes des deux signaux de modulation sont déterminées en fonc- tion des coordonnées polaires du vecteur tournant et des instants auxquels le signal à démoduler est échan- tillonné. Selon l'invention, il est également prévu un démodulateur pour mettre en oeuvre ce procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres ca- ractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et de la figure unique s'y rapportant sur la- quelle est représenté un mode de réalisation d'un démodulateur selon l'invention. En vue de rendre le dessin plus clair et de sim- plifier l'exposé, les dispositifs de synchronisation précise# relevant de la technologie courante, n'ont pas été représentés. Sur la figure, une borne d'entrée 1 destinée à recevoir un signal vidéofréquence PAL est couplée à un échantillonneur 3 à travers un filtre passe bande 2. Une entrée de commande de l'échantillonneur 3 est re- liée à la sortie d'un circuit d'horloge 22 et à l'en- trée d'un compteur 21. La sortie de l'échantillonneur 3 est couplée à l'entrée d'un dispositif à retard 5 à travers un convertisseur analogique-numérique 4. L'entrée du dispositif à retard 5 est en outre connec- tée à une première entrée d'un dispositif de calcul 6 et à une première entrée d'un dispositif de calcul 7. La sortie du dispositif à retard 5 est connectée à une seconde entrée du dispositif de calcul 6 et à une seconde entrée du dispositif de calcul 7. La sortie du dispositif de calcul 6 est couplée à une première entrée d'une porte ET, 10i à travers un circuit de détection 8, à une première entrée d'un circuit de multiplication 15,et à une première entrée d'un cir- cuit de multiplication 16. La deuxième entrée et la sortie de la porte ET, 10, sont respectivement cou- plées à la sortie du dispositif de calcul 7 à travers un circuit de détection 9 et à une entrée de commande d'un circuit de moyenne 11. La sortie du dispositif de calcul 7 est en outre reliée à l'entrée du circuit de moyenne 11 et à une première entrée d'un dispositif de calcul intermédiaire 12 dont une deuxième entrée est reliée à la sortie du circuit de moyenne 11. Une troisième entrée du dispositif de calcul intermédiaire 12 est couplée à la sortie du compteur 21 à travers une mémoire 23. La sortie du compteur 21 est en outre connectée à une entrée de validation du circuit de moyenne 11. La sortie du dispositif de calcul intermédiaire 12 est couplée à une seconde entrée du circuit de mul- tiplication 15 à travers un dispositif de calcul 13 et a une seconde entrée du circuit de multiplication 16 à travers un dispositif de calcul 14. La sortie du cir- cuit de multiplication 15 est couplée à une borne de sortie 19 à travers une mémoire 17. La sortie du cir- cuit de multiplication 16 est couplée à une borne de sortie 20 à travers une mémoire 18. Les circuits de détection 8 et 9, et la porte ET, 10, constituent des moyens de détection 30. De même, le compteur 21, le circuit de moyenne 11, la mémoire 23 et le dispositif de calcul intermédiaire 12 forment des moyens de calcul intermédiaire 31. Et enfin les dispositifs de calcul 13 et 14 et les circuits de multiplication 15 et 16 constituent des moyens de calcul 32. L'exemple de réalisation qui vient d'9tre décrit permet de démoduler le signal de chrominance d'un si- gnal vidéofréquence PAL. Ce signal de chrominance, dont le spectre de fréquences s'étend de 3,1 MHz à 5,5 MHz, résulte d'une modulation en amplitude de deux sous- porteuses de même fréquence F égale à 4,4 MHz mais déphasées l'une par rapport à l'autre de 900. Comme tous les signaux de télévision, le signal de télévision PAL est constitué d'un signal de lumi- nance, d'un signal de chrominance, d'un signal de syn- chronisation de trame et d'un signal de synchronisation de ligne. Outre ces signaux, le signal de synchronisation de ligne est accompagné d'un signal de synchronisa- tion couleur, dit encore salve de référence. Cette salve est constituée d'un train de signaux sinuso!- daux à la fréquence exacte F de la sous-porteuse de chrominance et dtamplitude constante. Le fonctionnement de ce démodulateur numérique sera mieux compris à l'aide d'un développement théo- rique simple, dont il va être donné les principales étapes. L'expression algébrique de l'amplitude instanta- née y(t) d'un signal de chrominance d'un signal vidéo- fréquence PAL est la suivante: @ y(t)= A(t). cos wt + B(t). sinvut avecw= 2rtF. Les termes cos wt et sin ut correspondent res- pectivement à la première sous-porteuse et à la se- conde sous-porteuse de même pulsation w et déphasées de 90 l'une par rapport à l'autre. Les termes A(t) et B(t) correspondent aux si- gnaux de modulation en amplitude des deux sous-por- teuses. L'expression algébrique de l'amplitude instanta- née x(t) de la salve de référence est la suivante: x(t) = C cos (%ut + 0) Dans cette expression, C représente une cons- tante, f0 correspond au déphasage entre la salve de référence et la première sous-porteuse. La valeur de 0 est de 135 . Pendant une période égale à, les variations des signaux de modulation sont suffisamment faibles pour que l'on puisse considérer les termes A(t) et B(t) comme constants. Sur une période de la sous-porteuse, il est donc supposé: A(t) =4 B(t) = "et 9 correspondant à des constantes. L'expression algébrique devient alors: y =Kcoswut + f sinWt. La démodulation d'un signal dont l'amplitude est donnée par l'expression O revient à déterminer les valeurs de ( et de A. Considérons les valeurs y(t-F) et y(t) de l'am- plitude du signal de chrominance aux instants t-4F 4F' et t. Les expressions de y(t-1F) et de y(t) sont les suivantes: y(t-I) c cos (wt-.) + F sin(uJt-5) g Dû= r; + I2 cos (- ut + arc t 4+2 y(t = dcos (%.ut) + êsin ( wt) I2 = l 2 + P2 sin (- "t + arc tg +2) 1 2 De mgme,les valeurs x(t-4) et x(t) de l'ampli- tude de la salve de référence aux instants t-4 et t ont pour expression: px(t IF) = C cos [x(t >F), x(t)] dans le repère OXY. Les coordonnées polaires ( La formule ne permet pas de déduire directe- ment arctg - a partir des valeurs de y(t) et de y(t-F). En effet, le terme Wt dépend de l'instant initial d'échantillonnage t. L'élimination de ce terme s'effectue simplement en combinant les équations et D'o le système d'équations suivant: v 2 + -2_ p L a:o, - t arctg -Y ett = t t Les valeurs de 0 et de B sont alors données par les expressions suivantes: t ?cosY G l__t sin' Comme la fréquence et l'amplitude de la salve de référence sont fixes, il est à noter qu'à tous les instants t2 + n (n entier positif, t2 instant quelcon- 2 F2 que) ' t prend une valeur identique W t; qu'aux ins- 2tants F t prend la valeur Yt -_ 2 + 4 +, 2 quaux instants 2 +F +F prend la valeur t -; et qu'aux instants t2 + + Wt prend t2 2 F 4F e la valeur Y t2 t2 2 n P Ainsi pour les instants t + - -, la formule o F F 0 peut être remplacée par la formule suivante (P pouvant prendre soit la valeur 0, soit 1, soit 2, soit 3): arctg n _n P t2 o @ En pratique, le procédé de démodulation d'un signal de chrominance PAL, selon l'invention, consiste à échantillonner la salve de référence et le signal de chrominance à un rythme égal à 4 fois la fréquence F de la sous-porteuse, de stocker chaque échantillon pendant la durée i-F de calculer à chaque instant 4F d'échantillonnage t les coordonnées polaires du vec- teur ayant pour composantes:soit [x(t), x(t 1F)] pour la salve de référence (formules D et ), soit [y(t), y(t-%)] pour le signal de chrominance (for- mules G et) , de déterminer à chaque instant d'échantillonnage la valeur de Y d'après la formule t et de calculer ensuite les valeurs det(et de d'après les équations J et j. En ce qui concerne les valeurs St de l'angle polaire du vecteur associé à la salve de référence, il suffit de calculer sa valeur Yût aux instants t o to + (to correspondant à l'instant initial d'échan- tillonnage) et de déduire ses valeurs aux instants n P d'échantillonnage to + + 4F par rotation de 2 t + n + P = to - P 2 de sorte que la OpF F détermination de la valeur de Y s'effectue à l'aide de la formule 0 en remplaçant t2 et t ' Le fonctionnement du dispositif décrit sur la figure est le suivant: Le signal vidéofréquence PAL reçu sur la borne d'entrée 1 est filtré par le filtre 2 pour sélectionner uniquement le signal de chrominance. Ce filtre est un passe-bande 3,1 MHz - 5,5 MHz, ce qui correspond au spectre de fréquence du signal de chrominance. Le si- gnal obtenu à la sortie du filtre 2 est échantillonné, à partir de l'instant initial t, par l'échantillon- o neur 3 suivant la fréquence d'échantillonnage 4F dé- livrée par le circuit d'horloge 22. Les échantillons sont ensuite convertis en signaux binaires par le convertisseur analogique numérique 4. Le dispositif à retard 5 retarde les échantil- lons délivrés par le convertisseur 4 d'une durée -t =-. A un instant d'échantillonnage quelconque t1, 4F les dispositifs de calcul 6 et 7 reçoivent sur leurs entrées la valeur numérique d'un échantillon de signal V(t1) et la valeur numérique d'un échantillon de si- gnal V(t1 1) délivré par le dispositif à retard 5. Le dispositif de calcul 6 permet de calculer le module du vecteur z(t1) de coordonnées [V(tl),V(t1 - 1)] dans le repère OXY. Le dispositif de calcul 7 permet de calculer l'angle polaire de ce vecteur z(t1). Le signal présent à la sortie du filtre 2 cotres- pond soit à la salve de référence, soit au signal de chrominance. La détermination des valeurs 0 correspondant aux deux signaux de modulation en ampli- tude s'effectue à l'aide des formules théoriques et t L'application de ces formules nécessite le cal- cul des coordonnées polaires des vecteurs associés au signal de chrominance, ainsi que le calcul de l'angle polaire des vecteurs associés à la salve de référence aux instants t -+ n. Pour cela, les moyens de détec- o F tion 30 détectent la salve de référence et délivrent un signal de commande pendant toute la durée de la détec- tion. Cette détection se fait à l'aide des deux cir- cuits de détection-8 et 9. Le circuit 8 fournit un premier signal de comman- de lorsque la valeur d'amplitude calculée par le dis- positif de calcul 6 est identique à une valeur d'am- plitude théorique de la salve de référence. Le circuit 9 compare les valeurs d'angle délivrées par le dispo- sitif de calcul 7 à des instants espacés d'une période F. Lorsque sur plusieurs comparaisons successives, l'écart des valeurs reste inférieur à un seuil fixé, le circuit 9 fournit un deuxième signal de commande. Les premier et deuxième signaux de commande permettent de débloquer la porte ET, 10, qui fournit le signal de commande indiquant la présence de la salve. A partir de l'instant initial d'échantillonnage t0, le compteur 21, inclus dans les moyens de calcul intermédiaire 31, délivre un nombre I de valeur 00 aux instants t + n, de valeur 01 aux instants t + a + 1 O n 2 O F de valeur 10 aux instants t + - + T-, et de valeur Il aux instants t n F + 4F F Le circuit de moyenne 11 effectue une moyenne, sur cinq périodes de durée 1, des valeurs d'angle délivrées par le dispositif de calcul 7 lorsque la salve de référence a été détectée par les moyens de détection 30. Le circuit-de moyenne ll ne prend en compte que les valeurs d'angle calculées aux instants t0 + n c'est-à-dire chaque fois que le compteur 21 fournit à l'entrée de validation du circuit de moyenne 11 un nombre binaire dont la valeur est 00. Ces va- leurs correspondent à la valeur Yto A la fin de la salve de référence, le circuit de moyenne 11 fournit au dispositif de calcul intermé- diaire 12 une valeur estimée de l'angle polaire St des vecteurs associés à la salve aux instants t + n La mémoire 23 comporte quatre cases de mémoire mémorisant respectivement les valeurs 1350, 7 - 1350, i?-135 , et Ci 1350 A partir de l'instant initial to, le compteur 21 permet la lecture des valeurs mémorisées dans la mémoire 23 de façon que la sortie de cette mémoire 23 délivre la valeur - 1350 aux instants t + n t la va- leur! - 1350 aux instants t + F + LF 0 laPvaleur 2 0 F 4F aalu r- 135 aux instants t + n + 2 t et la valeur o F 4F 3IF- 135 aux instants t + n + 2F Ces valeurs sont 2 o F 4F fournies à la troisième entrée du dispositif de calcul intermédiaire 12. Ainsi, pour le signal de chrominance, le dispo- sitif de calcul intermédiaire 12 effectue le calcul, tous les, de la valeur de l'angle Y d'après la formule . Puisles dispositifs de calcul 13 et 14 effec- tuent respectivement le calcul de la valeur de sin ' et le calcul de la valeur de cosK. Enfin, les circuits de multiplication 15 et 16 effectuent le calcul des valeurs de &( et de 9 d'après. les formules t et . Ces valeurs sont ensuite stockées dans les mémoires 17 et 18 puis délivrées sur les bornes de sortie 19 et 20. L'invention n'est pas limitée au mode de réali- sation décrit et représenté, de nombreuses variantes de réalisation sont possibles. En particulier, les fonctions effectuées par le dispositif à retard 5, les dispositifs de calcul 6 et 7, les moyens de détection 30, les moyens de calcul intermédiaire 31 et les moyens de calcul 32 peuvent être réalisées à l'aide de dispositifs à transfert de l1 charge (appelés D.T.C. ), le convertisseur analogique numérique 4 étant alors supprimé. Dans le mode de réalisation décrit, il a été choisi d'échantillonner le signal de chrominance à un rythme égal à 4 fois la fréquence F égale à 4, 4 MHz. Mais la valeur du rythme d'échantillonnage peut être choisie égale à m fois la fréquence F (m réel positif; L'extrémité du vecteur tournant associé au signal se déplace alors sur une ellipse dont l'excentricité augmente avec l'écart de fréquence. Il est aussi à remarquer que les positions res- pectives du filtre 2, de l'échantillonneur 3 et du convertisseur analogique numérique 4 peuvent Atre interverties. Enfin, il est important de noter que l'invention est applicable à partir de tout signal résultant d'une modulation en amplitude, à porteuse supprimée, de deux porteuses à la m'me fréquence F et en quadrature de phase. Notamment l'invention est applicable à un signal vidéofréquence NoT.S.C. en remplaçant dans le dévelop- pement théorique la formule O par la formule sui- vante: y(t) =. cos ( vt + o)+ cos (ut +o + L) avec o O égal à 330, et en prenant comme expression de l'amplitude de la salve de référence l'équation suivante: x(t) = C cos ( ut) REVENDICATIONS 1. Procédé de démodulation d'un signal modulé en amplitude résultant d'une modulation en amplitude, à porteuse supprimée, de deux porteuses à la même fré- quence F et en quadrature de phase par deux signaux de modulation, consistant à considérer le signal à démodu- ler comme étant la projection sur un axe OX d'un vec- teur tournant autour d'un point O dans un repère OXY, et à échantillonner ce signal suivant la fréquence mF (m entier positif), caractérisé en ce que les coordon- nées polaires du vecteur tournant sont déterminées au moyen de deux échantillons successifs du signal à démoduler, et en ce que, tous les I les valeurs des amplitudes des-deux signaux de-modulation sont déter- minées en fonction des coordonnées polaires du vecteur tournant et des instants auxquels le signal à démodu- ler est échantillonné. 2. Procédé de démodulation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, le signal modulé étant précédé par un signal de référence à la fréquence F d'amplitude donnée, la valeur de la phase Y* du o signal de référence est déterminée à l'instant initial d'échantillonnage, et en ce que la détermination des valeurs des amplitudes des deux signaux de modulation est fonction de ce déphasage afin que les valeurs cal- culées soient indépendantes de l'instant initial d'échantillonnage par rapport à la phase des porteuses. 3. Démodulateur d'un signal modulé en amplitude résultant d'une modulation en amplitude, à porteuse supprimée, de deux porteuses à la méme fréquence F et en quadrature de phase par deux signaux de modulation, mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, comportant un circuit d'horloge ayant une sortie délivrant un signal de commande d'échantillonnage de fréquence mF; un échantillonneur du signal à démodu- ler suivant la fréquence mF ayant une entrée de commani couplée à la sortie du circuit d'horloge; un conver- tisseur analogique-numérique des échantillons sélec- tionnés par l'échantillonneur; un dispositif à retard de retard t égal à ayant une entrée couplée à la sortie du convertisseur., caractérisé en ce qu'il com- porte un premier et un deuxième dispositif de calcul délivrant respectivement la valeur Ode l'amplitude du vecteur tournant associé au signal à démoduler et la, valeur e de la phase de ce vecteur, et ayant chacun une première et une deuxième entrée respectivement cou- plées à l'entrée et à la sortie du dispositif à retard; des moyens de calcul intermédiaire ayant une entrée couplée à la sortie du deuxième dispositif de calcul et calculant la valeur de arctg " en fonction de e et des instants auxquels le signal à démoduler est échan- tillonné, 0 etA correspondant aux amplitudes des deux signaux de modulation; et des moyens de calcul ayant une première et une deuxième entrée respective- ment couplées à la sortie du premier dispositif de calcul et à la sortie des moyens de calcul intermédiai- re, une première sortie-délivrant la valeur e sin e et une deuxième sortie délivrant la valeur e cos e, ces deux valeurs correspondant aux valeurs de o( et de /3 4. Démodulateur selon la revendication 3e mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détec- tion de la présence du signal de référence ayant une première et une deuxième entrée respectivement cou- plées à la sortie du premier dispositif de calcul et à la sortie du deuxième dispositif de calcul, en ce que les moyens de calcul intermédiaire comportent: un dispositif de calcul intermédiaire de la valeur de arctg ayant une première entrée couplée à la sor- tie du deuxième dispositif de calcul et une sortie couplée à la deuxième entrée des moyens de calcul; un compteur de zéro à m ayant une entrée couplée à la sortie du circuit d'horloge; un cicuit de moyenne évaluant la valeur de Y ayant ue entrée couplée à t0 la sortie du deuxième dispositif de calcul, une entrée de commande couplée à la sortie des moyens dia détec- tion, une entrée de validation couplée à-la sortie du compteur, et une sortie couplée à une deuxième entrée du dispositif de calcul intermédiaire; et une mémoire insérée entre la sortie du compteur et une troisième entrée du dispositif de calcul intermédiaire. 5. Démodulateur selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les moyens de détection compor- tent: un premier circuit de détection ayant une en- trée couplée à la sortie du premier dispositif de cal- cul et une sortie délivrant un premier signal de commande lorsque la valeur de leur d'amplitude théorique du signal de référence; un deuxième circuit de détection ayant une entrée cou- plée à la sortie du deuxième dispositif de calcul et une sortie délivrant un deuxième signal de commande lorsque les variations de la valeur de e sur plusieurs périodes de temps - ne dépassent pas une valeur de seuil théorique; une porte ET ayant une première et une deuxième extrémité respectivement couplées à la sortie du premier circuit de commande et à la sortie du deuxième circuit de commande, et une sortie cou- plée à l'entrée de commande du circuit de moyenne. 6. Démodulateur d'un signal modulé en amplitude résultant d'une modulation en amplitude, à porteuse supprimée, de deux porteuses à la m9me fréquence F et en quadrature de phase, caractérisé en ce qu'il comporte un échantillonneur du signal à démoduler couplé à des dispositifs à transfert de charge (D.T.C) pour mettre en oeuvre l'un des procédés des revendi- cations 1 et 2. 7. Système de télévision caractérisé en ce qu'il comporte au moins un démodulateur selon l'une des revendications 3 à 6. i