Brevet FR2521758A1 — publié le 19830819

L Ta présente invention concerne un dispositif de commiande de gain et, plus particuli&rement, un dis- positif (re conmande de gain qui peut être adapté de façon appropriée à la reproduction d'un signal numéri- j que obtenu par une conversion analogique-numérique d'un signal analogique de son. Les disques d'enregistrement numérique de son sont connus commne l'une des diverses sources numéri- ques de Sor, Le rapport signal-bruit d'un disque d'en- O 10 registremaent numérique de son est réduit et sa plage dynanique est large, comparativement aux disques anal o- giques courants comme les disques à microsillons. Lorsque la comparaison est faite entre un disque microsillon courant et un disque numérique, un disque à microsillon présente une plage dynamique maximale d'environ 70 d B comme le montre le trait pointillé sur la Figure 1, et cette plage dynamique maximale ne peut être obtenue que dans la plage des fréquences intermé- diaires d'l environ 1 k Hz La plage dynamique du disque à microsillon diminue jusqu'à 40 d B, respectivement dans les plages des fréquences élevées et basses Au contraire, un disque numérique présenteune large plage dynamique d'environ 90 d B, pratiquement dans toute la plage des fréquences, comme le montre le trait mixte sur la Figure 1 ilais, quand des signaux sont produits à partir d'un disque numérique ayant une telle plage dynamique, et sont amplifiés dans un dispositif sonore courant pour la reproduction par un haut-parleur, une puissance exagérée est appliquée à ce dernier ce dont il peut ré- sulter une rupture En particulier, quand des signaux ayant des niveaux de crête supérieurs à ceux du cas courant sont appliqués à un amplificateur de puissance, et quand Le contrôle de volume est réglé au même niveau que dans Le cas courant, les formes d'ondes des signaux d'entrée sont écrétées d'une façon complexe, entra nant une distorsion à La reproduction Les ondes écrétées comprennent les composantes intenses à haute fréquence, et peuvent entraîner des domm;'ages au haut-parleur, par- ticulièrement à celui des aigues. Un objet de l'invention est doncde proposer un dispositif de commande de gain qui permet d'éviter la distorsion à la reproduction due à un écrêtage indé- sirable, et évitant également des dommages au haut- parleur. Dans un dispositif de commande de gain selon un aspect de l'invention, un signal numérique obtenu par une conversion analogique-numérique d'un signal ana- logique de son est retardé et les composantes d'un sig- nal analogique obtenues par une conversion numérique- analogique du signal numérique, dépassant un niveau pré- déterminé, peuvent ètre supprimées en utilisant Le temps de retard. Dans te dispositif de commande de gain selon l'invention, un signal d'entrée sous la forme d'un signal numérique est soumis à un-retard et des composantes du signal analogique reconverti dépassant un niveaau prédéterminé sont supprimées Pour cette raison, les signaux reproduits ne peuvent être distordus et la détec- tion de ces composantes peut se faire de façon sure. La distorsion des signaux reproduits due à un écrêtage indésirable, les dommages au haut-parleur et autres peuvent Otre évités. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la des- cription qui va suivre de plusieurs exemples de réalisa- tion et en se référant aux dessins annexés sur lesquels t La Figure 1 montre les différences de plage dynamique d'un disque d'enregistrera ent numérique de son et d'un disque à microsillon la Figure 2 est un schéma simplifié d'un dis- positif de commande de gain selon un premier mode de réa- lisation, tels Figures 3 A et JB montrent des formes d'ondes d'un signal reproduit, dans lequel les compo- santes dépassant un niveau prédéterminé ne sont pas supprimées et de signaux reproduits dans lesquels ces composantes sont supprimées, f a Figure 4 est un schéma simplifié d'un dis- positif de commande de gain selon un second mode de réa- lisation de l'invention, La Figure 5 montre des détails de la confi- guration d'un détecteur de crête pour le second mode to de réalisation de l'invention, la Figure b est un schéma simplifié d'un dis- positif de commande de gain selon un troisième mode do réalisation de l'invention, la Figure 7 montre des détails d'une ligne à retard et d'un circuit de commande de gain numérique selon le tr sième mode de réalisation de l'invention, et la Figure 8 est un schéma d'une modification du circuit de commande numérique de gain selon le troi- sième mode de réalisation de l'invention. La Figure 2 est donc un schéma simplifié d'un dispositif de commande de gain selon le premier mode de réalisation de l'invention, Selon la Figure 2, des signaux numériques ob- tenus par une conversion analogique-numérique de signaux analogiques de son sont modulées selon le code r MZ-1 (sans retour à zéro-1) et sont enregistrés sur un disque numérique 1 Ces signaux numériques peuvent étre obte- nus en échantillonnant des signaux analogiques de son à une fréquence prédéterminée pour les quantifier et ob- tenir des,nots de données à seize bits, puis en codant les mots de données selon le code CIRC (code Solomon à lecture imbriquée croisée) et le code EFM (modulation à huit parmi quatorze). Le codage selon le code CIRC est effectué pour corriger la plupart des erreurs à haute densité comme une rayure sur un disque. Par ailleurs, le procédé EF 14 est un procédé de modulation dans lequel seize bits sont divisés en des groupes à huit bits plus significatifs et moins signi- ficatifs respectivement, et chaque groupe de huit bits est converti en un profil à quartorze bits La modula- tion selon le code EFM est effectuée de manière que des signaux numériques puissent être enregistrés avec la distorsion minimale de forme d'onde, et de manière que des composantes continues puissent ne pas être incluses dans les signaux enregistrés. Les signaux numériques enregistrés sur le disque numérique 1 sont lus au moyen d'un capteur opti- que ou similaire et sont fournis à un démodulateur EFM 2 En utilisant les signaux d'horloge et de synchronisation extraits et séparés respectivement du signal d'entrée, le démodulateur E Fr 4 2 effectue une démodulation EF>l en reconvertissant chaque profil à quatorze bits en un groupe initial à huit bits et en recombinant les groupes à huit bites le plus et le moins significatifs pour ob- tenir le mot de données initial à seize bits Un signal numérique SD 1 ainsi obtenu est fourni au circuit 3 de mémoire/commande comprenant une mémoire à accès direct ( 31) et autres. Le circuit 3 de mémoire et de commande effec- tue les opérations suivantes: A) L'écriture et la mémorisation du signal numérique SD 1 dans la mémoire à accès directe ou sa lec- ture dans la mémoire, et la commande de cette dernière. à) La détection et la correction d'erreurs dans les mots A seize bits selon les procédés CIRO. C) L'interpolation d'un mot de données "Mauvais" qui n'a pas été corrigé selon le procédé CIRC, avec un autre mot de données "Bon" (Les synchronisations des opérations de lecture et d'écriture du signal numéri- que S Di dans la émoire à accès direct sont commandées en fonction des impulsions d'horloge provenant d'un géné- rateur d'horloge 5) Un signal numérique SD 2 est ensuite obtenu dans le circuit 3 de mémoire et de commande Le signal numérique 502 est un mot de données à seize bits qui a été corrigé en ce qui concerne les erreurs et qui a été interpolé Le signal numérique SD 2 ainsi obtenu est appliqué à une ligne à retard 4 La ligne à retard 4 retarde le signal numérique d'entrée SD 2 jusqu'à un instant après la détection de la valeur de crête dans un détecteur de crête 6 Pendant la durée retardée de cette manière, un amplificateur 8, commne dispositif de commande de gain analogique,peut commander le gain en fonction du résultat de détection de crête par le détecteur de crête 6. in réponse aux impulsions d' horloge provenant du générateur d'horloge 5, la ligne à regard 4 décale séquentietlement le mot de données à seize bits ou le signal numérique SD 2 dans un circuit de registre en sé- rie En variante, une lecture retardée peut être effec- tuée dans la mémoire à accès direct par un compteur d'adresses modulo-M qui fonctionne en accord avec les imipulsionsd'horloge provenant du générateur d' horloge 5. Le retard du signal d'entrée qui peut ne causer aucune distorsion à la sortie, peut se faire si la fréquence des impulsions d'horloge fournies à la ligne à retard 4 par le générateur d'horloge 5, est un multiple entier de la fréquence d'échantillonnage. Un signal numérique SD 3 provenant de la ligne A retard 4 est appliqué à un convertisseur numérique- analogique 7 pour être reconverti en un signal analogi- que de son Le signal analogique de son SA ainsi obtenu est produit à la borne de sortie 9, par l'amplificateur S Un haut-parleur est connecté à la borne de sortie 9 par le préamplificateur et l'amplificateur de puissance de l'utilisateur. Par ailleurs, le signal numérique SD 2 prove- nant du circuit 3 de mémoire et de commande est égale- ment appliqué au détecteur de crête 6. Le détecteur de crête 6 détecte la valeur de crête du signal numérique SD 2 pour déterminer si la va- leur de crgre dépasse un niveau prédéterminé entratnant un écrétago indésirable Sur la base des données du sig- nal numérique SD 2, le détecteur de crête b détecte la pente du sif-nal de son ou autre pour déterminer la va- leur de crête des composantes dépassant le niveau pré- détermine. un signal de détection Sp provenant du détec- teur de crgte 6 est appliqué à l'amplificateur 8 pour en réduire I e gain Ainsi, la composante de crête d'un l O signal analogique de son SA provenant du convertisseur numérique-analogique 7 est supprimée. Si la f équence d'échantillonnage des données est réglée à 44,1 khz et si le retard de la ligfne à re- tard 4 est réglé à 1/44,1 k Hz x 4 90 ps, le gain d'un amplificateur 8 est commandé de manière que la composante de crête soit supprimée avant que les composantes du signal de son dans la plage des hautes fréquences d'envi- ron 10 k Hz augmente brusquement de niveau Etant donné que la durée d'une impulsion ayant une fréquence élevée de 8 k Hz est 100 ps, la va Leur de crête est détectée avant que cette impulsion n'atteigne l'amplificateur 8. La composante de crte de ltimpulsion est supprimée par le signal de détection Sp provenant du détecteur de crête 6 ie signal de détection Sp peut être appliqué par exem- ple à une commande électronique de volume ou similaire, possédant de bonnes caractéristiques de réponse dans le temps pour effectuer la commande de gain du signal de son. La commande électronique de volume peut commander la va- leur de réaction de l'amplificateur 8 ou autre Une con- mande iiécanique devolume peut être aussi utilisée quand cela est possible. ceci sera maintenant décrit en regard des for- mes d'ondes des Fig 3 A et 3 l, la Figure 3 A montrant la forme d'onde du signal dans lequel la composante de 3 j crête n'est pas supprimée et la Fig 3 B montrant la forme d'onde du signal dans lequel la composante de crête est supprimée d'un signal faible avant que la com- posante de crête ne soit reçue De cette manière, un changement brusque de niveau est évité en assurant une suppression progressive de la composante de crête, ce qui permet de produire des sons de bonne qualité. Le gain de ltamplificateur 8 qui a été corl- mandé de cette manière par une commande de volume élec- tronique ou mécanique peut être ramèné progressivement à sa valeur initiale ou être laissé inchangé iais cette derniere solution est préférable, en tenant compte de la distorsion le long de la base de temps. La Figure 4 est un schéma simplifié d'un dis- positif de comnande de gain selon un second mode de réa- lisation de L'invention Sur cette figure, les mfmes références que sur la Figure 2 désignent des éléments identiques dont la description détaillée ne sera pas faite. Dans le second mode de réalisation, un sig- nal numérique SD 2 avant l'interpolation par un inter- D 2 polateur 10 d'un circuit 3 ' de commande de r Titnoire est fourni au détecteur de crête 6 ' pour la détection de crête Lt'interpolataur 10 sert à interpoler le mot de données qui n'a pas été corrigé selon le procédé CIRO. Le signal numérique S D 2 est un signal numérique qui uontient un marqueur "Bon" pour le mot de données qui a été corrigé et un marqueur "Mauvais" pour un mot de don- nées qui n'a pas été orrigé Le signal numérique SID 2 avec ce marqueur est appliqué à ltinterpolateur 10. Ce dernier discrimine entre les marqueurs "}on" et "Mauvais" et interpole les données conïitenant le marqueur "sauvais" avec les données contenant le marqueur "Bon". Par ailleurs, le détecteur de cr Ote 6 ' détecte la valeur de crête du signal de son sur la base du mot de données contenant un marqueur "Bon" du signal numérique SD 2 ' Plus partioul'ièrertnent, le détecteur de orste 61 sélec- tionne les données avec le marqueur "Bon" et produit un signal de détection Sp similaire à celui obtenu par le 3:5 premier mode de réalisation décrit ci-dessus Dans ce mode de réalisation, la valeur de cr#te du signal numé- rique est détectée avant que ce dernier soit interpolé. Par conséquent, pendant que ltinterpolateur 10 effectue l'interpolation, un retard voulu à partir du point de détection de crête est obtenu Par consequent, l'inter- polateur 10 sert également de ligne à retard et le se- cond mode de réalisation ne nécessite pas de ligne à retard commiae le premier. Le signal de sortie S' D 3 de l'interpolateur D)3 est app Liqué à un convertisseur numerique-analogique 7 et un signal analogique de son SA produit est appliqué A tl'amplificateur 8. Dans un signal numérique, un certain bit corres- pond à la valeur de crête du signal analogique de son et un niveau dépassant une certaine valeur n'existe pas dans le signal numérique Par conséquent, si le niveau du volume qui a été réduit selon la commande de gain dans les premier et second modes de réalisation est laissé inchangé, une opération de réglage du niveau du volume par rapport à la valeur de crête évite un écrétage ultérieur Dans ce sens, le dispositif de commande de gain selon l'invention sert également de réglage automa- tique de niveau du volume. La Figure 6 est un schéma simplifié d' un circuit de commuande de gain selon un troisième mode de réalisa- tion de lnvention, Les mêmaes références que sur la Fig. 2 désignent des éléments identiques qui ne seront pas décrits en détail. Dans ce troisième mode de réalisation, la com- mande de gain est effectuée numériquement Un signal nu- :érique SD 13 qui a été retardé par une ligne à retard 4 est appliqué à un circuit de commande de gain 11 Ce dernier assurela commande de gain en fonction d'un signal de détection Sp provenant d'un détecteur de crête 6. Un signal numérique dont le gain a été commandé par le circuit numérique 11 de com L;ande de gain est appliqué à un convertisseur numérique-analogique 7. La Figure 7 représente un exemple de la con- figuration d'un circuit de ligne à retard 4 et d'un cir- cuit Il de comm ande numérique de gain La ligne à retard 252 1758 4 consiste en N étages de registres à décalage R 1 a Rn. Des impulsi ons d'horloge de décalage à la fréquence d'échantillonnage des données, par exemple 44,1 k Hz, sont appliquées aux registres à décalage R 1 à Rn res- pectifs, de manière à recevoir et à produire le mot de données à seize bits ou Le signal numérique 5 D 2 en pa- rallèle ire tem ps de retard de la ligne à regard 4 est déterminé par lo nombre N des registres à décalage qui est choisi par exemple à 100 Un signal numérique SD 3 provenant de la ligne à retard 4 est appliqué au circuit 11 de com::ande numérique de gain comprenant un circuit logique A. l,e circuit logique A peut être placé dans un mode dans lequel le signal SD 3 provenant de la ligne à retard 4 est appliqué sans modification à l'amplifica- teur 8, et un autre mode dans lequel le signal SD 3 est décalé dtun bit vers celui de plus grand poids pour ad- ditionner Le bit de moindre poids de " O ", et il est en- suite appliqué à l'amplificateur 8 Un signal de détec- tion SP provenant du détecteur de crête 6 est appliqué au circuit logique "A" par une borne 12 Quand il est déterminé que la valeur de crête du signal de son dé- passe un niveau prédéterminé, en fonction du signal de détection Sp, le circuit logique A décale le signal SD 3 26 provenant du circuit à retard 4 d'un bit vers le bit de plus grand poids pour additionner le bit de moindre poids de " O " Le signal de sortie du circuit logique A est appliqué à un amplificateur 8 ' par un convertis- seur numérique-analogique Dans ce cas, le niveau du signal SD) est réduit de moitié D'une façon générale, un décalage m bits entratne une réduction de niveau de 1/2 La Figure 8 montre un autre exemple d'un cir- cuit numérique 11 de commande de gain qui comporte une rmémoire permanente 13 Cette dernière mémorise plusieurs types de table de conversion de données pour atténuer le niveau du signal numérique SD 3 (mot de données à 16 bits) Le signal SD 3 de la ligne à retard 4 est ap- pliqué conime signal d'adresse à la mémoire permanente 13, tandis qu'une adresse pour sélectionneor la table deconversion de données est fournie à la mémoire 13 par un circuit logique B désigné par la référence 14. Le circuit logique B reçoit un signa de détec- tion S% provenant du détecteur de crête 6 ainsi qu'un signal de détection représentant la puissance maximale et un signal de détection représentant la position de niveau de volume, provenant d'un amplificateur de puis- sance respectivement par les bornes 15 et 16 Etant donné que le niveau d'écrétage des ondes reproduites change en fonction de la puissance maximale et de la position du niveau de volume de l'amplificateur de puis- sance utilisé, Le degré d'atténuation ou de gain de ni- veau est réglé en fonction de ce niveau d'tcrétage. Le signa L de détection représentant la puissance maxi- male est fourni par un générateur qui délivre un signal d'un niveau arrespondant à la puissance maximale de l'am- plifioateur de puissance Le signal de détection repré- sentant la position du niveau de volume est fourni par un potentiombtre qui est synchronisé avec le niveau du volume En fonction des données sur la puissance maximale et la position du niveau du volume de l'amplificateur, ainsi obtenues, le circuit logique B détermine la table de conversion de données à utiliser Quand le détecteur de crête 6 détecte la valeur de crête du signal de son, le signal SD 3 est atténué en fonction d'un rapport pré- D 3 e déterminé et il est ensuite fourni au convertisseur numé- rique-analogique 7 par un multiplexeur 17. Iais si le signal SD 2 ne dépasse pas le niveau prédéterminé, il est transmis sans modification de la mémoire permanente 13 au convertisseur numérique-analogi- que 7 par le multiplexeur 17 Si la valeur de crête du signal de son n'est pas détectée, il n'est pas nécessaire que ce signal soit fourni à la mémoire permanente 13. Par conséquent, le multiplexeur 17 est incorporé pour per- mettre une sélection entre le signal SD 2 provenant de la ligne à retard 4 et le signal SD 2 dont le niveau est atténué et qui est lu dans la talékuoire permanente 13. Le imiultiplexeur 17 est commandé par un signal provenant du détecteur de cr Ote 6 qui est fourni par le circuit v logique B. L'invention a été décrite dans son application à un dispositif de reproduction d'un disque d'enregistre- ment numérique de son, mais elle peut aussi s'appliquer de façon similaire à différents types de systèmes de transmission de signaux numériques. iien entendu, diverses modifications peuvent Stre apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisa- tion décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande de gain, caracté- risé en ce qu'il comporte un dispositif détecteur ( 6, o') pour détecter une valeur prédéterminée à partir de données de signal numérique obtenuespar conversion d'un signal analogique, un dispositif de retard ( 4, 10) pour retarder le signa L numérique, un dispositif de conversion '7) pour convertir le signal numérique pro- venant dudit dispositif de retard en un signal analogi- quo et un dispositif de commande de gain ( 8, 11, 111 ') pour commander le gain du signal analogique provenant dudit dislpositifde conversion ( 7) en fonction d'un sig- nal de détection provenant dudit dispositif de détec- tion ( 6, 6 '). 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit dispositif de commande de gain ( 11, i't) consiste en dispositif de commande numérique de gain qui commande le signal numérique provenant du- dit dispositif de retard ( 4, 10). 3 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ledit dispositif de commande de gain ( 8) consiste en un dispositif de commande analogique de gain quicomliande le signal analogique provenant dudit dispositif de conversion ( 7). 4 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de détection et de correction d'erreurs ( 3, 3 ') pour détecter et corriger une erreur du signal numérique à partir dudit signal numérique obtenu par conversion d'un signal analogique. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de retard ( 10 o) sert également de dispositif d'interpolation pour inter- poler le signal numérique qui n'est pas corrigé par ledit dispositif de détection et de correction d'erreurs ( 3 ') avec un signal numérique correct 6 Dispositif selon la revendication 5, ca- 252 1758 ractérisé en ce que le signal numnérique provenant du- dit dispositif de détection et de correction d'erreurs ( 3 ') contient un marqueur "Bon" si le signal numérique est corrige et un marqueur "M 4 auvais" si le signal numé- rique n'est pas corrigé, le signal de détection prove- nant dudit dispositif de détoction ( 6 ') étant obtenu sur La base dudit signal numérique contenant le marqueur "b on".