Brevet FR2512293A1 — publié le 19830304

La présente invention se rapporte à la génération de fré- quence de type numérique, lesdites fréquences pouvant prendre des valeurs dans la bande l 0, 4000 Hzl De telles fréquences s'appliquent en particulier à l'émis- sion de signaux multifréquences, de tonalités, etc Les tona- lités résultent en effet de fréquences par cadencement tandis que les signaux multifréquences, par exemple ceux conformes aux codes MF SOCOTEL, R 2, clavier, résultent de la combinaison de diverses fréquences. Le signal à générer est un signal de forme générale E = sin 2 Ti ft o f est un nombre entier ayant la dimension d'une fréquence Dans les systèmes MIC (modulation par impul- sion et codage), tout signal caractérisé par une fréquence f est représenté par une suite de valeurs numériques (xn)n n n appelées échantillons Chaque échantillon xn s'écrit alors: Xn = sin 2 WT fn T o N est le rang de l'échantillon et T est la période de l'échantillonnage On choisit habituellement dans les systèmes MIC 1/T = 8000 Hz, ce qui limite f à 4000 Hz (Théorème de Shannon). Un dispositif générateur de signaux multifréquence a déjà été décrit dans la revue Commutation et Electronique n 59 d'Octobre 1977 pages 99 à 115 Ce générateur vise également à utiliser la périodicité de la fonction sinus sur l'intervalle ( 0,2 W) en représentantsur cet intervalle)M valeurs sin o, = 2 W Ti définies par 25 dfiniespar M, valeurs numérotées et inscrites en mémoire morte Ceci permet de ne mettre en mémoire que M' = valeurs correspondant à l'intervalle (O, L) Si on lit à la fréquence F les échantillons de la mémoire, on obtient une suite d'échantillons représentatifs d'une sinusoïde de fré- F quence - Toutefois le nombre M, dans ce document est une puis- sance de 2. M = 2 Une lecture de la table toutes les k valeurs, k étant un nombre réel, fournit une suite d'échantillons représentant une sinusoïde de fréquence f k F avec O Mk Toutefois les M valeurs de k ne sont pas des valeurs en- tières d'échantillons et en lecture, seule la partie entière des éléments binaires est prise en compte si bien qu'on intro- duit une erreur en lecture Un tel procédé occasionne une mau- vaise définition de la séquence d'échantillons représentative - de la fréquence recherchée. La présente invention vise à réaliser un générateur de tona- lités établissant une correspondance biunivoque entre les échan tillons représentatifs de la fréquence 1 Hz définis sur ( 0, 27) et à exprimer tout signal de fréquence f entière, définie sur , 4000 Hzl, à partir du signal 1 Hz. L'invention utilise la connaissance des échantillons Y dé- n finis pour f = 1 Hz dans l'invervalle O n, 8000 pour déterminer l'ensemble des valeurs numériques de toutes les suites (Zn)_ + pour des fréquences f telles que 1 i f C 4000. A cet effet on mémorise selon l'invention un nombre R d'é- chantillons tel que R soit lié à la fréquence f = T d'échantil- 1 T lonnage tel que f = T = 4 r R, r étant un entier naturel divi- seur de T 8000 Le cas le plus général consiste à choisir T r = 1 ce qui nécessite R 2000 échantillons. Le procédé selon l'invention consiste essentiellement à mémoriser 4 échantillons de la sinusolde 1 Hz sur ( 0,) 4 r T '2 T étant la période d'échantillonnage, r étant un entier naturel diviseur de T = 8000 et à faire correspondre à tout échantil- T lon YN représentatif de la fréquence f à générer (YN = sin 2 n PT), un échantillon de triplet (P, Q, S) choisi parmi les 4 r T -chan- tillons, ladite correspondance étant biunivoque. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens pour mémoriser 4 échantillons de la sinusoïde 1 Hz sur ( 0, e), r 4 r T '2 étant un entier naturel, des moyens pour faire correspondre à tout échantillon représentatif de chaque fréquence formant une tonalité, deux échantillons de rang Pl et P 2, représentéspar les triplets (Pl, Qi' 51) et (P 2 Q 2 ' 52) parmi les 1 échantillons, V Q 28 ' 52 4 r T lesdites correspondances étant biunivoques, T étant la période d'échantillonnage, des moyens pour caractériser les durées d'é- mission ou de non-émission par un autre paramètre D dynamique, des moyens pour déduire du triplet (Pl, Qi' 51) (resp (P 2,Q 2, 52) de l'état précédent et de la fréquence fl (resp f 2) formant la tonalité, le nouveau triplet (P'1, Q'i' S'I) (resp (P'2 Q'2,S'2) caractéristique de la fréquence f 1 (resp f 2). L'invention permet de coder chaque signal sans introduire d'erreur. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par des dessins. La figure 1 représente les propriétés de la fonction sinus dans l'intervalle ( 0, 2 T) permettant la définition de toute fréquence f e ( 1, 4000 Hz). La figure 2 représente un schéma du dispositif de généra- tion de tonalités selon l'invention. La figure 3 représente l'organigramme du calcul du triplet (P' Q' S') à partir du triplet (P, Q, S). En se référant à la figure 1 sur le cercle trigonométrique, on peut représenter dans les quatres quadrants les propriétés de la fonction sinus. A chaque quadrant on peut associer un nombre K tel que O le premier quadrant K = O - 0 N 8000 k O AP _ 2000 Enfin de la même manière pour le quatrième quadrant: IYNI= sin 2 T-T P avec N = 8000 P + 8000 k 0 P Ainsi tout échantillon YN peut-être caractérisé par d'une part le quadrant auquel il appartient, quadrant défini par un nombre K ( O K, 3), d'autre part par un nombre P-permettant de déterminer la valeur absolue de l'échantillon et tel que: YNI= sin 2 R PT avec O P signe de l'échantillon mis en mémoire, Q sa parité et P son rang. Les paramètres (Q, S, P) constitueront la définition dyna- mique de l'échantillon YN A toute nouvelle fréquence à générer correspond un autre triplet (P', Q', S') Un algorithme de cal- cul permet de définir le nouveau triplet (Q', P', S') à partir de ia fréquence f à générer et de l'état précédent (P, Q, S) ainsi qu'il sera explicité ultérieurement. A l'échantillon de rang N du signal E = Am sin 2 Trf t, on peut associer l'échantillon YN défini par le triplet P, Q, S tel que En = Am YN o Am est l'amplitude maximale exploitable par le système choisie de façon appropriée: J En} = Am sin 21 T P T La figure 2 représente un mode de réalisation d'un généra- teur de tonalité mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Les échantillons de la fréquence 1 Hz sont mis dans une mémoire 1 de capacité 4 r T o est la fréquence d'échantillonnage, r est un entier naturel diviseur de soit 8000 On choisit avantageu- sement r égal à 1 Ce choix apporte le maximum de précision dans la définition des fréquences On met alors 2000 échantillons en mémoire puisque la fréquence d'échantillonnage est égale à 8 k Hz. Dans la pratique on choisit avantageusement 2048 mots cxoe dimension de mémoire ce qui simplifie l'algorithme de calcul du nouveau triplet t P' Q' S'). Le procédé de codage de fréquences selon l'invention permet en particulier de générer des tonalités Il est bien connu qu'une tonalité TON s'exprime en fonction du temps comme une somme de signaux de fréquences fl et f 2 TON = LA 1 sin 2 1 Tf 1 t + A 2 sin 2 T f 2 t 3 h(t) o A, et A 2 sont les amplitudes respectives des fréquences fl et f 2 et h(t) est une fonction de période (t 1 + t 2) telle que h(t) = 1 sur Ot 1) h(t) = O sur(t 1, t 2 + t 1) t 2 pouvant être nul Cette fonction h(t) correspond au cadence- ment de certaines tonalités téléphoniques. De la même façon que pour une fréquence simple, à chaque fréquence f 1 ou f 2 correspond un triplet de paramètres dynami- ques (Pi, Qi' 51) ou (P 2 Q 2 ' 52) qui sont mis dans une mémoire vive 2. Les divers paramètres A 1, A 2, fil f 2 ' ti, t 2 sont mis dans une mémoire 3 morte Ainsi deux nouveaux paramètres dynamiques D et C sont associés au signal dans le cas d'une tonalité, D représentant l'état émission ou l'état bloqué et C représentant la valeur courante d'un compteur mesurant la durée d'émission (t 1) ou de non émission (t 2). Le dispositif de l'invention comporte essentiellement trois mémoires, une mémoire 1 morte des échantillons de la sinusoïde sin 2 i Tt à 1 Hz, une mémoire 2 vive des paramètres P, Q, S, C, D dynamiques de chaque fréquence formant la tonalité et enfin une mémoire morte 3 des caractéristiques A 1, A 2, fit f 2, tl, t 2 de la même tonalité ou de la fréquence f à générer La mémoire 2 fournit à l'entrée de la mémoire 1 une adresse représentative du rang P de l'échantillon YN- Cet échantillon YN issu de la mémoire 1 est appliqué dans un registre 4 qui lui-même le fournit à l'entrée d'une unité de calcul 5 Un registre 6 reçoit le signe S des échantillons ainsi que les caractéristiques des tonalités permettant de définir le type d'opération (fréquence pure ou code bifréquence à effec- tuer) Ce résultat appliqué à l'entrée de l'unité de calcul 5, définit l'opération)addition ou soustraction effectuée par cet organe 5 Les informations de la mémoire 1 des échantillons de la sinusoïde à 1 Hz sont adressées par le rang P des échantil- lons fourni par la mémoire 2 Cet échantillon YN issu de la mé- moire 1 est appliqué à l'entrée du registre 4 des échantillons avant d'être appliqué à l'entrée de l'unité 5 de calcul Cet échantillon RECH contenu dans le registre 4 doit en effet subir un nombre de décalages et d'additions équivalent à une multipli- cation. Le paramètre P dynamique issu de la mémoire 2 est également appliqué à l'entrée d'un registre 9 mémorisant le rang P de l'é- chantillon précédent Le paramètre Q quant à lui est appliqué à l'entrée il d'un dispositif de définition de la séquence d'opé- rations C'est ce paramètre Q qui déclenche le déroulement de l'algorithme, qui sera explicité en détail ultérieurement: le dispositif il fournit en sortie une indication d'opération des- tinée à l'unité de calcul 13. Le dispositif 10 reçoit également à son entrée la caracté- ristique de largeur du creux ou du plein, correspondant à la fré- quence f ou aux fréquences f 1 f 2 de la tonalité concernée, issue de la mémoire morte 3 En sortie du dispositif 10 de cadencement la caractéristique de creux ou de plein est appliquée d'une part, à l'entrée du multiplexeur 12, d'autre part à l'entrée du dispo- sitif Il de définition de la séquence d'opérations. La sortie du multiplexeur 12 est l'entrée de la mémoire vi- ve 2 o sont consignés les états dynamiques P, Q, S, C, D des signaux à générer 7 Ainsi qu'il a déjà été mentionné toute fréquence est géné- rée à partir de l'état précédent L'algorithme de calcul permet de définir les nouveaux paramètres P', Q', S', C', D' à partir des anciens P, Q, S, C, D Cet algorithme est réalisé au moyen de divers registres. Le rang de l'échantillon précédent mis dans le registre 9 est appliqué à l'entrée d'une unité de calcul 13 qui effectue l'opération définie par le dispositif 11 Ce dispositif 13 re- çoit également la caractéristique de fréquence issue de la mé- moire morte 3 après mémorisation dans un registre 14 En sortie l'unité de calcul 13 fournit un résultat intermédiaire qui est appliqué à l'entrée d'un multiplexeur 15 qui multiplexe ce résul- tat avec le rang P de l'échantillon précédent issu de la mémoire 2 Le registre 9 mémorise ainsi non pas exactement le rang P de l'échantillon précédent issu de la mémoire 2 mais le résultat du multiplexage issu du multiplexeur 15, multiplexage lié au dérou- lement de l'algorithme de calcul. Le résultat de l'unité 13 de calcul qui est le rang P' du nouvel échantillon est également appliqué à l'entrée du multi- plexeur 12. Les paramètres Q' et S' respectivement de quadrants et de signes des échantillons sont fournis en sortie du dispositif il de définition de la séquence d'opérations. Ainsi le multiplexeur 12 reçoit le nouveau paramètre P' issu de 13, les paramètres Q' et S' issus de il ainsi que les paramètres C' et D' issus de 10 Tous ces nouveaux paramètres sont appliqués à l'entrée de la mémoire vive 2 En sortie de la mémoire 2 le signe S est également appliqué à l'entrée du regis- tre 6 de définition des opérations. Un dispositif 7 de traitement des amplitudes reçoit en entrée les caractéristiques de fréquence issues de la mémoire 3 et corrige le résultat stocké dans un registre 8 contenant le résultat de calcul fourni par l'unité 5 de calcul les résultats intermédiaires fournis par ce registre 8 sont réintroduits à l'entrée de l'unité de calcul 5 jusqu'à la fin des opérations définies par le dispositif 6, réalisant de ce fait, par une suite de décalages et additions, des multiplications. Le résultat final subit encore une compression linéaire en compression logarithmique au moyen d'un dispositif 16 avant d'être émis en sortie en code MIC conformément aux spécifications inhérentes à ce code. En se référant à la figure 3, le calcul permettant de dé- duire tout échantillon YN' connaissant l'échantillon précédent YN représenté par le couple (K, P) K étant le quadrant et P le rang, est illustré par un organigramme. Le nouvel échantillon YN' est défini par le couple (K', PI). Nous avons vu précédemment que N' = N + f et 1 avons N = P donc N' = N + f = P + f. Cas a O N = 4000 P N'= N + f = 4000 P + f Cas a 2000 12293 Cas c 6000 N = 4000 + P N' = N + f = 4000 + P + f Cas a 4000 N = 8000 P N' = N + f = 8000 P + f Cas a 6000 25.12293 Cas c 2000 + 8000 1 ? 8000 P+f L'échantillon YN' est négatif. Ces constatations nous amènent à coder K de la façon sui- vante: K S Q 0 O O 1 O 1 2 1 O 3 1 1 S représente le signe de l'échantillon associé au couple (K, P) à savoir S = O pour un échantillon positif, S = 1 pour un échantillon négatif Q eb de parité de K, définit les opérations donnant le couple (K', P'). La figure 3 résume l'organigramme permettant de déduire cha- que triplet (P', Q', S') du triplet précédent (P, Q, S). Le générateur de tonalités selon l'invention permet ainsi de générer toute valeur entière de fréquence utilisée en télé- phonie avec exactitude et de générer toute valeur réelle de fréquence avec une erreur inférieure à 0,5 Hz. Le dispositif de l'invention s'applique à la génération de tonalités, à la signalisation intercentraux, aux tests de maté- riels etc 251229 J REVENDICATIONS I Procédé de codage d'une fréquence, ladite fréquence pre- nant une valeur entière dans la bande l, 4000 Hz L, procédé consistant à utiliser la périodicité de la fonction sinus sur ( 0, 21 r), à faire correspondre à chaque fréquence f des échan- tillons, chaque échantillon étant représenté par un triplet (P, Q,S), P représentant le rang, Q et S permettant de localiser le quadrant auquel ledit échantillon appartient sur ( 0, 2 W), procédé caractérisé par le fait qu'on mémorise -i échantillons de la sinusolde 1 Hz sur ( 0,), T étant la période d'échan- tillonnage, r étant un entier naturel diviseur de l = 8000, et T qu'on fait correspondre à tout échantillon YN représentatif de la fréquence f (YN = sin 2 it P T), un échantillon de triplet i (P, Q,S) choisi parmi lesdits Ag échantillons, ladite correspon- dance étant biunivoque. 2 Procédé de codage d'une fréquence selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit entier r est choisi égal à 1. * 3 Dispositif générateur numérique de tonalité mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour mémoriser échantillons de la 4 s LT sinusoïde 1 Hz sur ( 0, 1) , r étant un entier naturel, des moyens 2 ' pour faire correspondre à tout échantillon représentatif de chaque fréquence formant la tonalité deux échantillons de rang Pl et P 2, représentés par les triplets (P 1, Ql,-Sl) et (P 2, Q 2, 52) parmi les 1 échantillons, lesdites correspondances étant biunivoques, T étant la période d'échantillonnage, des moyens pour caractériser l'état émission ou bloqué par un autre paramètre D dynamique des moyens pour déduire du triplet (P 1, Ql, Si) (resp P 2, Q 2 ' 52) de l'état précédent et de la fréquence fl (resp f 2) formant la tona- lité, le nouveau triplet P'l, Q'I, S'1 (resp (P'2, Q'2, S'2)) caractéristique de la fréquence fl (resp f 2).