Brevet FR2488755A2 — publié le 19820219

FR 2488755 A2 19820219 FR 8017840 A 19800813 CPL.FOI La présente-addition a pour objet un procédé de démodulation d'un signal modulé en fréquence suivant la revendication 1 du brevet principal, un dém'odulateur - mettant en oeuvre ce procédé, applicable en particulier aux systèmes de télévision SECAM. Le procédé de démodulation selon la revendica- tion 1 du brevet principal consiste, en considérant le signal à démoduler comme étant la projection sur un axe Ox d'un vecteur tournant Z(t) autour d'un point O dans un repère Oxy, à déterminer les variations de la fré- quence du signal à démoduler d'après les variations de la vitesse de rotation du vecteur tournant, cette déter- mination s'effectuant à partir du calcul d'un rapport de combinaisons linéaires d'échantillons de la valeur de la projection sur l'axe Ox du vecteur tournant. En par- ticulier, l'un des exemples de procédé décrit dans le brevet principal consiste à échantillonner le signal de chrominance d'un signal vidéo SECAM à un rythme égal à 4 fois la fréquence centrale F de la bande de fréquence 23 du signai, puis à déterminer la position du vecteur tournant au moyen de deux échantillons successifs du si- gnal (formule (D du brevet principal), et à déterminer une première valeur de la variation de fréquence entre deux instants distants de 1 par comparaison de la po- sition. du vecteur tournant à ces 'instants (formules 2 et du brevet principal). Il est rappelé que les formules 0 O et @ établies dans le brevet principal sont les suivantes arc y(t) -^ tsin e(t) _ & F a e(t> = arc tg x(t) avec tg G(t) cos @(t> ,&e(t') = e(t + 9) - e(t) avec t' = t + F 248875 5' de(t') = 2F SF étant la valeur de l'excursion de fréquence. G(t) étant l'angle du vecteur Z(t) avec l'axe Ox du re- père Oxy; cet angle permet de repérer la position du vecteur Z(t). x(t) étant la projection du vecteur Z(t) sur l'axe Ox x(t) correspond donc au.signal à démoduler. y(t) étant la projection sur l'axe Ox du vecteur "en qua- drature" par rapport à Z(t); y(t) correspond donc à la projection sur l'axe Oy du vecteur Z(t). e(t) étant une estimation de l'angle e(t). Ae(t') étant une estimation de l'écart d'angle entre deux positions du vecteur Z(t) à des instants espacés de - et AF étant la valeur de la variation de fréquence F 1 entre deux instants espacés de r La bande relative du signal de chrominance étant petite devant la fréquence centrale F = 4,3 MHz, il a été considéré dans le calcul des formules, O et que la valeur F est très inférieure & 1. FA L'erreur commise sur AF due à cette approximation PFF 1 dépend de la position du vecteur et de la fréquence à démoduler. En effet, d'après la formule: @(t) = arc tg fsinle(t) - 2F 1 L cos e(t) = arc tg cos( F)[tg e(t) - tg (2 -F Il peut être démontré que l'erreur commise sur l'angle e(t) par l'application de la formule q est de la forme: Se(t) = _ sin 2e(t) + [1 + cos 2e(t)1 avec s = F 2 F' 2 Le premier terme -E sin2e(t) dû à la présence du facteur cos( S-F) dans l'expression de e(t) (formule (l)est négligeable devant le terme [1 + cos 2e(t)' dû à la présence du terme tg (2 6F 2 2. F)' Il peut en outre être démontré que l'erreur ré- sultante commise sur AF après un calcul de la forme AF = 2 [ e(t') - (t (formules > et)est fonc- tion de l'angle e(t) par un terme de la forme sin 2e(t). L'erreur change donc de signe pour des angles en qua- drature. C'est la raison pour laquelle il est envisa- gé dans le brevet principal une première méthode de minimisation d'erreur consistant à prendre la moyenne arithmétique de deux valeurs de 1F obtenues à partir de deux positions approximativement en quadrature du vecteur Z(t). -^ L'erreur relative 2 de la valeur amélio- 2F rée 2&F qui en résulte est modulée en amplitude-par une fonction sinusotdale de l'angle du vecteur à partir duquel a été calculé F autour de la valeur sE2. Ainsi, l'erreur relative 5(2SF) est de l'ordre de s2 avec ^ F En complément a la première méthode de minimisa- tion d'erreur, il a aussi été envisage dans le brevet principal une deuxième méthode pour améliorer la va- leur 2tF. Cette méthode supplémentaire de minimisation d'erreur consiste à calculer la valeur d'un facteur de correction s en fonction de F et de e(t) et à en dé- duire une valeur finale 3'F = (1 + En)2F de la varia- tion de fréquence. Le procédé de la présente addition a l'intérêt de remplacer la moyenne effectuée, selon la première méthode de minimisation d'erreur, sur les valeurs ap- prochées tF de l'excursion de fréquence après calcul d'arc tangente (formule Q), par une moyenne effectuée avec le calcul d'arc tangente directement sur les va- leurs des échantillons du signal à démoduler. Ceci permet de multiplier par quatre le temps disponible pour calculer les valeurs G(t), et donc de rendre la réalisation pratique du système beaucoup plus aisée. La fréquence d'obtention des valeurs calculées AF sera alors F = 4,3 MHz, valeur encore nettement su- périeure à la limite théorique imposée par le théorème de Shannon,vu la bande passante des signaux de chro- minance SECAM. De plus, l'erreur relative de l'excursion de fréquence obtenue par le procédé de la présente inven- tion est quatre fois inférieure à celle de l'excursion de fréquence 2F obtenue par le procédé décrit dans le brevet principal. Selon l'invention, un procédé de démodulation d'un signal modulé en fréquence selon la revendication 1 du brevet principal, est caractérisé en ce que le si- gnal à démoduler est échantillonné à un rythme égal à quatre fois une fréquence F' située dans la bande de fréquence du signal, en ce qu'il est déterminé la posi- tion d'un vecteur tournant en calculant l'arc tangente d'un rapport R = t d'une valeur x'(t) d'un échan- x' (t) tillon de signal et d'une moyenne y'(t) effectuée sur les valeurs x'(t + 1 )' et x'(t - 1) correspondant 4F' 4F' respectivement à l'échantillon de signal précédant x'(t) - et à l'échantillon de signal suivant x'(t),;et en ce qu'il est déterminé une première estimation AF de la variation de fréquence entre deux instants distants de F' par comparaison de la position du vecteur tournant à ces instants. Selon l'invention, il est également prévu un dé- modulateur pour mettre en oeuvre ce procédé. La présente invention sera mieux comprise à l'ai- de d'un développement théorique simple, dont il va être donné les principales étapes. Considérons, comme dans le brevet principal, que le signal modulé en fréquence correspond à la projection x(t) sur l'axe Ox d'un repère Oxy d'un vecteur tournant z(t). L'expression de x(t) est la suivante: x(t) = cos[2t(F + 6F) t + o] = cos[e(tU Les expressions des signaux retardés de 4et de 4F 2 sont les suivantes: 4F x(t - J) = cos[2%(F + SF)t - 2 x(t 2F) = - cos[e(t)- % X J Soit e'(t) = e(t) - 2 6F, ce qui x(t) = cosfe'(t) +2 eq 7c SF7 F= sin [e (t) - FJ entraîne: x(t - 4F) = sin e'(t) = x'(t) x(.t 2F) - cos[e' (t) - 2 &F 4F 1 2 -F2 La moyenne y'(t) entre x(t) et x(t - 42) a pour expression: 2 x(t) - x(t _ 2 y'(t) = = cos e'(t) - cos F F 22F En considérant, comme dans le brevet principal 6F que -F "1, il peut être calculé une estimation e'(t) de l'angle e'(t) en appliquant la formule, d'o: O ê'(t) = arc tg x'(t) = arc tg 1.tg 9'(t La valeur de l'excursion de fréquence AF découle des formules et en remplaçant e(t) par e'(t), d'o: AF = 2 [' (t + l) - e' (t>] 2-x En comparant la formuleO avec la formule, ir6F il peut être constaté que le terme tg 2 F a disparu. Il en résulte que l'erreur commise sur l'angle e'(t) par le procédé de calcul selon l'invention est st E2 avec E =u e4(t) = sin 2avec =, et quel'erreur re- lative résultante sur un calcul {'excursion de fréquen- ce 4F par la formule est F + cos (2e + 4E) Cette erreur est donc deux fois inférieure à celle du procédé décrit précédemment. La précision peut être encore améliorée en con- sidérant une méthode de minimisation d'erreur semblable à la deuxième méthode du brevet principal qui consiste à calculer la valeur d'un facteur de correction s en G n fonction de AF et de e(t) et d'en déduire une valeur finale améliorée AF = (1 + en) AF. n L'invention sera encore mieux comprise et d'au- tres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la des- cription ci-après et de la figure unique s'y rapportant, sur laquelle est représentée un mode de réalisation d'un démodulateur mettant en oeuvre le procédé de cal- cul qui vient d'être explicité. Les dispositifs de synchronisation précise, re- levant de la technologie courante, n'ont pas été re- présentés en vue de rendre le dessin plus clair et de simplifier l'exposé. Le signal vidéo SECAM à démoduler est reçu sur une borne d'entrée 1 puis est filtré par un filtre passe-bande 2 pour sélectionner uniquement le signal de chrominance. Ce filtre est un passe-bande 3,9 MHz - 4,7 MHz, ce qui correspond au spectre de fréquences du signaI de chrominance.Ce signal de chrominance est en- suite échantillonné par un échantillonneur 3 suivant une fréquence d'échantillonnage 4F, et converti en si- gnaux binaires par un convertisseur analogique-nu- mérique 4. Un premier dispositif à retard 5 retarde les échantillons délivrés par le convertisseur analogique- numérique 4 d'une durée r' = La sortie de ce pre- 4F mier dispositif à retard est couplée à l'entrée d'un deuxième dispositif à retard 6, de retard Z = 1-,qui 4F délivre les échantillons fournis par la sortie du con- vertisseur analogique-numérique 4 avec un retard 2 t'. A un instant d'échantillonnage t1, les deux en- trées d'un circuit de calcul 7 reçoivent respective- ment la valeur numérique d'un échantillon x(t1) déli- - vrée par le convertisseur 4 et la valeur numérique d'un échantillon x(t - F) délivrée par le deuxième dispo- sitif à retard 6. Le circuit de calcul 7 permet de cal- x(t1) - X(t1 - TF) culer la moyenne y'(t1) =. La sortie du circuit de calcul 7 et la sortie du premier dispositif à retard 5 sont respectivement connec- tées à l'entrée d'un premier registre 8 et à l'entrée d'un deuxième registre 9. Ces deux registres 8 et 9, ac- tionnés à la fréquence F, permettent de disposer simul- tanément de y'(t1) et de x'(t1) et de les mémoriser pen- dant une période pour effectuer les calculs suivants. Un dispositif de calcul 10 comportant deux en- trées respectivement couplées à la sortie du registre 8 et à la sortie du registre 9, permet de calculer e'(t d'après la formule G (à % près). Un additionneur 12 dont une entrée est reliée à la sortie du dispositif de calcul 10 fournit e'(t1) +n, c'est-à-dire arc tg Y(t)+ %, à la première entrée x' (t1) d'un circuit de sélection 13 dont la deuxième entrée est connectée à la sortie du dispositif de calcul 10. Ce circuit de sélection délivre sur sa sortie soit la valeur e'(t) fournie par le dispositif de calcul 10, A soit e'(t) + % fournie par l'additionneur 12. Cette sé- lection s'effectue en fonction du signe de y'(t1) et permet de reconstituer la véritable valeur d'angle e'(t1) qui n'est connu qu'à u près à la sortie du dis- positif de calcul 10. La détection du signe de y'(t1) est faite par un détecteur 11 dont l'entrée est reliée à la sortie du registre 9. L'ensemble d'éléments constitué par les deux re- gistres 8. et 9, le dispositif de calcul 10, le détec- teur 11, l'additionneur 12, et le circuit de sélection 13 forment donc un dispositif de détermination 19 de la valeur d'angle e'(t) associée à la position du vecteur tournant, dont la sortie est la sortie du circuit de sélection 13. Cette sortie est reliée à l'entrée d'un troisième registre 14, qui permet de mémoriser la va- leur d'angle '(t1) pendant une période F,afin de pouvoir calculer à l'apparition d'une nouvelle valeur e't1 + -) l'excursion de fréquence: F = F [' (t1 +)- G (t1)] (formule à)l'aide d'un autre circuit de calcul 15 dont les première et deuxième entrées sont respectivement couplées à la sor- tie du registre 14 et à la sortie du circuit de sélec- tion 13. Cette dernière sortie est également reliée à la première entrée d'une mémoire 16 dont l'autre entrée est reliée à la sortie du circuit de calcul 15 et qui fournit la valeur du facteur de correction 1 + E en a n fonction de la valeur e'(t) fournie par le circuit de sélection 13 et de la valeur AF fournie par le cir- cuit de calcul 15. Un circuit de multiplication 17 dont les première et deuxième entrées sont respectivement couplées à la sortie de la mémoire 16 et à la sortie du circuit de calcul 15, délivre sur une borne de sortie 18 la valeur finale de l'excursion de fréquence AF1 = (1 + En) A. 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 les dispositifs à retard 5 et 6, les circuits de calcul 7 et 15, les registres 8, 9 et 14, l'additionneur 12, le détecteur 11, le circuit de sélection 13, le circuit de multiplication 17, la mémoire 16 et le dispositif de calcul 10 peuvent être réalisés à l'aide de dispositifs à transfert de charge (appelés D.T.C), le convertisseur analogique-numérique 4 étant alors supprimé Dans le mode de réalisation décrit il a été choi- si d'échantillonner le signal de chrominance a un rythme égal à 4 fois la fréquence F égale à 4,3 MHz. Mais cette valeur n'est pas restrictive, toute valeur de fréquence F' comprise dans la bande de fréquence du signal de chrominance convient. En outre, il est possible d'effectuer une derniè- re opération sur les valeurs numériques AF1 obtenues à la sortie du circuit de multiplication 17 afin d'obtenir des valeurs qui ne soient pas sensibles aux variations de la fréquence F. Pour cela il suffit, comme décrit dans le brevet principal, de sélectionner et de mémori- ser les valeurs 4f associées & la salve de référence o accompagnant les signaux de synchronisation, et de cor- riger les valeurs,F1 en fonction de ces valeurs. Enfin, il est à noter que l'invention est-appli- cable à la démodulation de tout signal modulé en fré- quence, pourvu que la bande de fréquence du signal soit petite par rapport à la fréquence centrale. 2488755. REVENDICATIONS 1. Procédé de démodulation d'un signal modulé en fréquence selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que le signal à démoduler est échantil- lonné à un rythme égal à quatre fois une fréquence F' si- tuée dans la bande de fréquence du signal, en ce qu'il est déterminé la position du vecteur tournant en calcu- lant l'arc tangente d'un rapport R = yi(t) d'une va- leur x'(t) d'un échantillon de signal et d'une moyenne y'(t) effectuée sur les valeurs x'(t + 41) et x'(t -4) correspondant respectivement à l'échantil- lon de signal précédent x'(t) et à l'échantillon de signal suivant x'(t), et en ce qu'il est déterminé une première estimation OF de la variation de fréquence entre deux instants distants de 1- par comparaison de la position du vecteur tournant à ces instants. 2. Procédé de démodulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est déterminé une deuxième estimation AF1 de la variation de fréquence par déter- mination de l'erreur commise par le procédé de la re- vendication 1 sur la position du vecteur tournant à par- tir de Ja première estimation AF de la variation de fréquence et de la position du vecteur tournant. 3. Démodulateur d'un signal modulé en fréquence autour d'une fréquence F mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1, la bande de fréquence de largeur B du signal modulé étant centrée sur F avec BF infé- rieure à l'unité, caractérisé en ce qu'il comporte: un échantillonneur (3) du signal modulé suivant la fré- quence d'échantillonnage 4F'; un convertisseur analo- gique-numérique (4) des échantillons sélectionnés par l'échantillonneur (3) ayant une sortie; un premier dis- positif à retard (5), de retard e1 égal à 1, ayant une entrée couplée à la sortie du convertisseur (4) et une sortie délivrant x'(t);un deuxième dispositif à retard (6), de retard e1, ayant une entrée couplée à la sortie du premier dispositif à retard (5) et une sortie, un premier circuit de calcul (7) ayant des première et deuxième entrées respectivement couplées à la sortie du convertisseur (4) et à la sortie du deuxième dispo- sitif & retard (6) et une sortie délivrant y'(t); un dispositif de détermination (19), selon la formule, de la valeur d'angle e(t) associée à la position du vecteur tournant, ayant des première et deuxième entrées respectivement couplées à la sortie du premier circuit de calcul (7) et à la sortie du premier dispositif à retard (5) et une sortie; un registre (14) pour mémo- riser chaque valeur d'angle e(t) pendant une période F', ce registre ayant une sortie; et un deuxième cir- cuit de calcul (15) ayant des première et deuxième en- trées respectivement couplées à la sortie du dispositif de détermination (19) et à la sortie du registre (14) et une sortie délivrant la première estimation LF de la variation de fréquence. selon la formule Q. 4. Démodulateur selon la revendication 3 met- tant en oeuvre le procédé de la revendication 2, ca- ractérisé en ce qu'il comporte un troisième circuit de calcul pour calculer la deuxième estimation F1 de la variation de fréquence, ce troisième circuit de calcul comprenant: une mémoire (16) pour délivrer la valeur d'un facteur de correction 1 + sn en fonction de la va- leur e'(t) fournie par la sortie du dispositif de dé- - termination (19) et de la valeur AF fournie par la sor- tie du deuxième circuit de calcul (15)> et un circuit de multiplication (17) pour délivrer la deuxième esti- mation AF1 = (1 + En) AF de la variation de fréquence. 5. Démodulateur d'un signal modulé en fréquen- ce, caractérisé en ce qu'il comporte un échantillon- neur du signal modulé couplé à des dispositifs à transfert de charge (D.T. C) pour mettre en oeuvre l'un des procédés des revendications 1 et 2.