Brevet FR2484174A1 — publié le 19811211

Procédé et dispositif d'insertion de données numériques sous forme de paquets, et installation en comportant application. La présente invention concerne l'insertion de données numériques sous forme de paquets, en vue de la transmission ou de la diffusion de ces données. Elle trouve une applica- tion importante, bien que non exclusive, dans le domaine de la transmission de données numériques représentant des si- gnaux sonores, tels que messages téléphonés et sons de haute qualité en monophonie ou en stéréophonie. La transmission et la diffusion de données numériques sous forme de paquets sont bien connues et on ne rappellera que brièvement les caractéristiques essentielles des struc- tures de messages utilisant une procédure par paquet, dans la mesure nécessaire à la compréhension de l'invention. Une description plus complète pourra être trouvée dans la deman- de de brevet FR n0 75 183 19, publiée sous le no 2 313 825, et dans la Revue de Radiodiffusion Télévision, n0 40 (novem- bre-décembre 1975) et n0 60 (novembre-décembre 1979). Les données numériques sont réparties en paquets, cons- titués chacun par un ensemble formé d'une zone en début de paquet, appelée préfixe, et d'une zone de données utiles, ou partie utile. Le préfixe définit la structure de la partie utile du message. La partie utile est constituée par un frag- ment des services numériques, eux-mêmes constitués par une succession en mode série de mots de x éléments binaires re- présentatifs du signal à transmettre ou à diffuser. Dans le cas o les données sont constituées par des signaux so- nores, les mots représenteront généralement les échantillons numérisés. Cette structure est reconstituée au niveau du récep- teur en regroupant un nombre fixe de mots pour former une entité appelée "trame numérique", de longueur constante 1, comportant un en-tête constitué par un mot particulier et reconnaissable, appelé mot de verrouillage de trame. Ce mot de verrouillage permet au récepteur de découper convenable- ment le train reçu en mots de x éléments binaires. Ainsi le train résultant comporte le mot de verrouillage de trame à intervalles périodiques réguliers. Les avantages de la procédure par paquets sont connus chaque paquet est autonome et n'impose pas une continuité du train numérique résultant. La procédure est transparente à l'égard du système utilisé pour transmettre, mémoriser ou diffuser le train numérique. Dans le cas d'un réseau de trans- mission comportant plusieurs voies utilisables en alternance, la procédure par paquets permet une utilisation optimale de la capacité du réseau. En contre-partie, les procédures d'insertion actuelle- ment utilisées font que la perte d'un paquet provoque une perte de continuité du service numérique. On voit immédia- tement qu'une telle perte, due à une mauvaise reconstitu- tion des informations contenues dans le préfixe, provoque la perte de la totalité des données insérées dans la partie utile du paquet. Mais, de plus, du fait que la longueur de la partie utile est variable, si elle est bornée, la perte d'un-paquet entraîne généralement une rupture dans la pério- dicité du train numérique. Le récepteur détecte que la phase du mot de verrouillage de trame par rapport à sa base de temps locale n'est.plus correcte. Une recherche de syn- chronisation par détection d'une configuration correspon- dant au mot de verrouillage de trame est alors nécessaire. Pendant cette recherche, le service cst interrompu. La présente invention vise notamment à améliorer la continuité du service en cas de perte de paquet, en évitant la nécessité d'une recherche de resynchronisation. Dans ce but, l'invention propose un procédé d'insertion de services numériques suivant une procédure par paquets, caractérisé en ce qu'on impose aux paquets un format fixe et implicite ayant une longueur pré-déterminée L de la zone utile et en ce qu'on structure les données suivant une trame de longueur fixe 1 qui est un sous-multiple de L. En d'autres termes, on adopte des valeurs de L et de 1 telles que L = k.l (k étant un entier naturel). Le formatage en paquets de longueur fixe L est rendu possible par programmation implicite du format des paquets au niveau du multiplexeur que comporte l'émetteur et au ni- veau du récepteur. Le procédé qui vient d'être défini permet de réduire la perte d'information au contenu de la partie utile du pa- quet perdu. L'invention vise également à permettre une dé- tection de cette perte de paquet. Dans ce but, l'invention propose un procédé permettant de détecter la perte de pa- quets, caractérisé en ce qu'on insère un mot d'indice de con- tinuité, constitué par un mot de plusieurs chiffres binaires. Cet indice peut être inséré dans le préfixe de chaque pa- quet et incrémenté d'une unité à chaque paquet transmis ou diffusé. Il peut aussi être inséré dans la trame et incrémen- té à chaque trame de service transmise ou diffusée. Cette détection permet de restituer artificiellement, au niveau du récepteur, le nombre manquant d'échantillons, dans la mesure o il existe une corrélation entre ces échan- tillons et ce qui les encadre. Ce nombre manquant est cal- culable, puisque chaque trame possède un nombre constant. d'échantillons et que le paquet perdu comporte un nombre constant et connu de trames. Les échantillons ajoutés sont créés de façon à atténuer les effets de la rupture de transmission. Si un seul paquet, comportant k trames de n mots représentatifs chacun d'un échantillon, est perdu,on crée nk échantillons qui sont insérés entre le dernier échantillon N reçu avant rupture et le premier échantillon N + nk + 1 reçu après rétablissement. L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, dispositif qui peut être constitué de circuits classiques et dont en conséquence seule la structure générale sera décrite ci- après. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription qui suit de modes particuliers d'exécution de l'in- vention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La des- cription se réfère aux figures qui l'accompagnent, dans lesquelles - la figure 1 est un schéma montrant la constitution de principe d'un paquet, la figure 2 montre la structure d'une trame numérique de service comportant un mot de verrouillage trame - la figure 3 est un schéma de principe montrant la décom- position en paquets d'un message,suivant l'invention; - les figures 4a et 4b sont des schémas de principe montrant l'effet d'une perte de paquet lors de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention; - la figure 5 est un synoptique de principe d'une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'inven- tion; - la figure 6, similaire à la fiaure 5, montre une variante de réalisation de l'installation comportant des moyens pour introduire et détecter un mot d'indice de continuité, Avant de décrire l'invention, on rappellera quelques indications concernant l'insertion de données numériques suivant une procédure par paquet. Chaque paquet autonome 10 (figure 13 est constitué par un préfixe de longueur p et une partie utile de longueur L. Cette partie utile est constituée par la juxtaposition de trames numériques successives de longueur constante 1, ayant chacune un nombre fixe n de mots de x éléments binai- res, représentatifs d'échantillons du signal à trans- mettre ou diffuser, du moins dans le cas de signal aralogi- que. Chaque trame comporte un en-tête constitué par un mot 11 de verrouillage de trame qui permet au récepteur de dé- couper le train reçu. Suivant l'invention, on donne à tous les paquets 10 une longueur L fixe et on définit les structures de service numérique sous forme de trames dont la longueur 1 est un sous-multiple de la longueur L des paquets de sorte que L = k.l. A titre d'exemple, la figure 3 montre la structure d'un message dans le cas o k = 3, ce chiffre n'étant évi- demment pas limitatif. Il faut remarquer qu'il n'est pas nécessaire que le début de la partie utile, de longueur L, coïncide avec le début d'une trame pour assurer le service. De ce fait il n'est pas nécessaire que le dispositif d'in- sertion en paquets fonctionne en synchronisme avec l'équi- pcment fournissant les données de service. On constate que, dans chacun des paquets, les mots 11 de verrouillage de trame occupent le même emplacement. Une comparaison entre les figures 4a et 4b montre qu'en cas de perte d'un paquet lOa, la synchronisation des mots de verrouillage de trame 11 n'est pas perdue: le mot de ver- rouillage 11 de la trame nO 8 apparaîtra après le mot de ver- rouillage de la trame n0 4, au bout d'un intervalle de temps qui est un multiple entier de la période de répétition du mot de verrouillage dans un paquet. La figure 5 montre, à titre d'exemple, une installa- tion susceptible de mettre en oeuvre l'invention. Cette ins- tallation comprend un émetteur 30 et un récepteur 20. Les paquets fournis par l'émetteur 30 sont appliqués en succes- sion au récepteur 20 par l'intermédiaire d'une voie qui peut avoir une constitution quelconque. Cette voie peut par exemple comporter: - un transmetteur sur réseau numérique, une ligne de trans- mission et un récepteur sur réseaua numérique, - un émetteur de diffusion relié à un récepteur de diffusion par des moyens quelconques, filaires ou hertziens; - un enregistreur fournissant un support qui est ensuite utilisé sur un lecteur. Dans l'émetteur 30, le signal numérique appliqué sur l'entrée 34 est inséré par un multiplexeur 31 dans la struc- ture de trame définie par une base de temps 32. La longueur 1 de la trame est un sous-multiple de la longueur ci-dessus L de la partie utile des paquets. Le train numérique ainsi obtenu est transmis à un coupleur 33 qui assure la mise en paquets. Ces paquets sont appliqués à la voie 40 de trans- mission, de diffusion ou d'enregistrement. Le récepteur 20,relié à un terminal de réseau, un récepteur de radiodiffusion ou un lecteur de support enre- gistré constituant l'organe de sortie de la voie 40, reçoit le signal numérique. L'organe d'entrée du récepteur est cons- titué par un dé-multiplexeur de paquets 21 qui envoie le train numérique utile, et lui seul, à l'entrée d'un compa- rateur 22 qui recherche dans ce train la configuration du mot de verrouillage trame, stocké dans une mémoire inté- grée au comparateur. Cette configuration doit se retrou- ver périodiquement, toutes les longueurs 1 de trame. A chaque reconnaissance, le comparateur 22 envoie à une base de temps locale 23 une impulsion de remise en phase. Cette base de temps 23 attaque un démultiplexeur de signaux 24 qui reçoit également les trains numériques provenant du dé- multiplexeur de paquets 21. Le signal numérique reconstitué apparaît sur la sortie 25. La perte d'un paquet se traduisant par la perte d'un nombre entier de trames, il n'y a aucune rupture de périodi- cité: le comparateur 22 retrouvera le mot de verrouillage de trame à un instant déterminé à la période près, de sorte qu'aucune recherche ne sera nécessaire. Dans le mode de réalisation montré en figure 5, la perte d'un paquet se traduit par une perte d'information qui n'.est pas atténuée. Le mode de réalisation montré en figure 6 se différencie du précédent en ce qu'il permet de détecter la perte d'un ou de plusieurs paquets et donc la dégrada- tion du service. L'installation montrée en figure 6, o les organes correspondant à ceux montrés en figure 5 portent le même numéro de référence, comprend de plus: - associés à l'émetteur.30, des moyens pour insérer un mot d'indice de continuité incrémenté à chaque paquet ou a chaque trame, - associés au récepteur 20, des moyens pour détecter toute rupture d'incrémentation. I'émetteur 30 comporte un compteur d'incrémentation qui engendre un indice de continuité. Des moyens, repré- sentés schématiquement sous forme d'un simple commutateur 36, permettent d'insérer l'indice soit dans le multiplexeur de trame 31, de façon qu'un indice soit incorporé à chaque trame, soit dans le coupleur 13, de façon que l'indice soit incorporé à chaque préfixe. Dans le récepteur 20, l'indice de continuité est ex- trait soit par le dé-multiplexeur de paquets 21 (s'il est incorporé au préfixe), soit par le dé-multiplexeur 24 (s'il est incorporé à la trame). Cet indice est comparé R l'in- dice de continuité reçu immédiatement avant dans un détec- teur de rupture de continuité 26. Toute rupture d'incrémen- tation, qui est confirmée par comparaison avec l'indice de 248417 4 continuité suivant fourni par le dé-multiplexeur 21 ou 24, engendre une alarme sur une sortie 27. Lorsque le signal numérique transmis est représentatif d'un signal analogique dont les échantillons successifs pré- sentent une corrélation, il est possible d'atténuer les ef- fets d'une perte de paquet par adjonction d'échantillons qui se substituent aux échantillons manquants. Ainsi, lors de la perte d'un paquet, on crée nK échantillons qui sont insérés entre le dernier échantillon N reçu avant perte et le premier échantillon M + nK + 1 reçu après rétablissement. A titre d'exemple, on supposera que chaque mot de x éléments binaires représente un échantillon de signal sonore numérique. Chaque échantillon est la valeur quantifiée d'une valeur analogique mesurée à un rythme périodique, appelé fréquence d'échantillonnage. Chaque échantillon est carac- térisé par son signe S défini par un élément binaire (par exemple S = 0 si l'échantillon est positif, S = 1 si l'é- chantillon est négatif) et par la valeur absolue de son amplitude A définie par un multiplet de n A éléments binaires. Ainsi l'échantillon d'indice i sera représenté par le dou- blet (Si., A.). ( i ' i) Parmi les algorithmes de reconstitution utilisables on peut notamment utiliser celui défini ci-après, qui per- met d'utiliser des circuits de constitution relativement simple tout en donnant des résultats satisfaisants. Pour reconstituer les nK échantillons entre les échan- tillons N et N + nK + 1 on admet que: - l'échantillon N + 1 sera représenté par le doublet SN+l SN A =AN (moi 2) N+1 2 - l'échantillon N + 2 sera représenté par SN+2 SN N+2 (mod 2) - 1' dchan."t1Icn N + -'y sera c6a1; s nr (s.+ ?i)--sN'si 2Test,>air, n 2 2'-T L'6chiantillon N + -:- + I sara gal à (Sui:k+ S,,vf siet o[ St;nk I si 2 es t iznppaaic A nk=A Av,+ 22 r.ki L' ctia;illoii N + * -l1+ sera égal à: (SN. + S S i - est pi.r, A?.-nk+ n !15 (SNnk- I =SN- I,+n+ S!. =nk- est ipic J0 N+ t4t +1 Ä*ft:+++) 2- L.' c.-ancillon!N + nkI sara gal ' (S S: N+ Fnk+ 1 N+rl,k4I, À S S à i5 îN rL*IN +nk+1,eN;=m c- I I.hm11on n - I, sera égai à AN+h i: I (S4nk^ = SN++nî, Ai+nk 2 Cette approche peut être utilisée quelles que soient la fréquence d'échantillonnage et la quantification utili- sees. Le système de restitution incorporé au récepteur peut avoir la constitution montrée en figure 7. Ce système com- porte une mémoire d'entrée destinée à mémoriser temporaire- ment chaque échantillon à son tour. Cette mémoire comporte: - une bascule 42, connectée de façon à recevoir l'élément binaire S. représentatif du signe, i - un registre à décalage 41,comportant x - 1 + nK/2 étagesj connecté de façon que ses x - 1 étages inférieurs soient chargés en parallèle par A. (x désignant le nombre d'élé- ments binaires par échantillon). Un signal d'horloge représentatif du rythme d'échan- tillonnage est appliqué sur l'entrée d'horloge H de la bas- cule 42 et sur l'entrée de chargement du registre 41. L, bascule 42 et le registre 41 attaquent respective- ment'ure lascule 52 et un registre 51 à x - 1 + nk/2 rositions. Le si- gnal de rythme d'entrée des échantillons est également ap- pliqué à l'entrée d'horloge dc la bascule 52 et à l'entrée de chargement du registre 51, de façon que le contenu de la bascule 42 soit mémorisé dans la bascule 52 et que le conte- nu des x - 1 étages inférieurs du registre 41 soit chargé en parallèle dans les x - 1 étages supérieurs du registre 51. Le signal de rythme des échantillons est également appliqué à un générateur 43 qui fournit, en réponse à chaque impulsion de rythme, nk impulsions à un sélecteur 44. Ce sélecteur sépare les nk impulsions en deux trains. Le pre- mier train, formé des nk/2 premières impulsionsest appli- qué à un diviseur par deux 45. Le deuxième train, formé des nk/2 dernières impulsions,est appliqué à un diviseur par deux 46. Le premier train est également appliqué au registre 51 de façon à provoquer le décalage vers le bas du contenu de ce registre. Le deuxième train est appliqué au registre 41 et assure le décalage vers le haut du contenu de ce re- gistre. Le système comporte également un multiplexeur 47 ayant deux fois x - 1 entrées et ayant x - 1 sorties. Le multi- plexeur 47 est relié aux registres 41 et 51 de façon que le premier jeu d'entrées soit chargé par les x - 1 étages supé- rieurs du registre 41 et le second jeu d'entrées par les x - 1 étages supérieurs du registre 51. Les deux sorties du sélecteur 44 sont reliées au multiplexeur 47 de façon à dis- tinguer les nk/2 premières impulsions des nk/2 dernières impulsions. Les sorties des bascules de mémorisation 42 et 52 sont reliées à deux jeux de portes de validation 48 et 49, qui ont la même constitution. Le jeu de portes 48 par exemple comporte, pour chaque sortie de la bascule 42, une porte ET dont l'entrée de validation est reliée l'une à la sor- tie Q du diviseur 46 l'autre à la sortie Q du diviseur 46. Une porte OUI 53 reçoit les sorties des deux jeux de portes 48 et 49 et les applique à l'une des entrées d'un registre de prise en compte 54. Ce registre reçoit également, sur son entrée d'horloge H. les impulsions provenant d'une porte OU- NON 55 dont les entrées sont reliées l'une pour recevoir des signaux représentatifs du rythme d'entrée des échantillons, l'autre les impulsions provenant du générateur 43 par une porte de validation 56. Cette porte 56 est une porte ET dont l'entrée de validation est montée de façon à recevoir le signal d'alarme provenant du détecteur de rup5ture de conti- nuité 26 (figure 6). Le registre 54 est également relié aux x - 1 sorties du multiplexeur 47, représentant l'amplitude de l'échantil- lon reconstitué. On voit que ce système permet de créer nk échantil- lons en substitution des nk échantillons manquants entre l'échantillon N et l'échantillon N + nk + 1. Ces échantil- lons apparaissent pendant l'intervalle de temps o le signal de validation est appliqué à la porte ET 56, c'est-à-dire entre les fronts de prise en compte de l'entrée du Nème et du N + lème échantillon. Bien que seul un mode particulier de réalisation de l'invention ait été décrit en détail, l'invention est sus- ceptible de nombreuses variantes de réalisation. Elle est également susceptible d'être appliquée en de très nombreux domaines, notamment dans le domaine de la transmission de signaux sonores, représentatifs de sons de haute qualité (monophonie ou stéréophonie), de sons de moyenne qualité, de commentaires, de sons chiffrés, etc... mais aussi dans tout autre domaine, en particulier lorsque les échantillons successifs présentent entre eux une certaine corrélation. Il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend à toute variante restant dans-le domaine des équivalences ainsi qu'à toute application particulière. REVENDICATIONS 1o. Procédé d'insertion de données numériques suivant une procédure par paquets, caractérisé en ce qu'on impose aux paquets un format fixe et implicite ayant une longueur pré-déterminée L de la partie utile et en ce qu'on structure les données suivant une trame de longueur fixe 1 qui est un sous-multiple de L. 2, Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on insère dans le préfixe de chaque paquet ou dans le mot de verrouillage de chaque trame un mot d'indice de con- tinuité qu'on incrémenté d'une unité à chaque paquet ou à chaque trame transmise ou diffusée. 3. Procédé de transmission ou de diffusion, mettant en oeuvre le procédé d'in- sertion suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on crée, au niveau du récepteur de transmission ou de dif- Lusion, le nombre manquant d'échantillons à partir du dernier échantillon N recu avant rupture de la transmission ou de la diffusion et le premier échantillon reçu après rétablisse- ment. 4. Dispositif d'insertion de données numériques sui- vant une procédure par paquets, comprenant des moyens pour répartir les données numériques se présentant'sous forme de mots de plusieurs éléments binairesen paquets comprenant un préfixe et une partie utile et des moyens pour regrouper les mots sous forme de trames numériques successives précé- dées chacune d'un mot de verrouillage de trame de constitu- tion reconnaissable, caractérisé en ce que lesdits moyens sont réalisés pour imposer aux paquets une longueur pré-dé- terminée L de la zone utile et pour structurer les données suivant une trame de longueur fixe 1 qui est un sous-multi- ple de Lo. 5.. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (35) d'insertion dans le préfixe de chaque paquet ou dans chaque trame d'un mot d'in- dice de continuité et pour incrémenter ce mot d'une unité à chaque paquet ou trame transmis ou'diffusé. 6. Installation de transmission ou de diffusion de données comportant un dispositif d'insertion suivant la re- vendication 5, caractérisée en ce qu'il comprend également un détecteur muni de moyens (26) de détection de rupture d'incrémentation. 7. Installation suivant la revendication 6, caractéri- sée en ce qu'elle comprend des moyens de création d'échan- tillons et de substitution aux échantillons manquants en réponse à la détection.d'une rupture d'incrémentation indi- quant la perte d'un paquet. 8. Installation suivant la revendication 7, caracté- risée en ce que les moyens de création d'échantillons sont prévus pour créer des données de substitution à partir de la valeur de la dernière reçue avant détection de rupture d'incrémentation et de la première donnée reçue après réta- blissement. ABREGE DESCRIPTIF. Procédé et dispositif de données numériques sous forme de paquets et installation en comportant application. Le dispositif d'insertion de données (30) impose aux paquets un format fixe ayant une longueur pré-déterminée L de la zone utile et structure les données suivant une trame de longueur fixe 1 qui est un sous-multiple de L. Un circuit (35) insère dans le préfixe de chaque paquet ou dans chaque trame un mot d'indice de continuité qui est incrémen- té d'une unité à chaque paquet ou trame transmis ou diffusé. Le récepteur (20) de l'installation comporte des moyens (26) de détection de rupture d'incrcSmentation. Il peut comporter des moyens de création de données supplémentaires se substi- tuant aux données manquantes en cas de perte d'un paquet. (Figure 6).