Brevet FR2542530A1 — publié le 19840914

Circuit de réduction de bruit utilisant une technique d'inter- polation linéaire et présentant une caractérisi 4 u Le de désaccentuation La présente invention concerne, d'une façon générale, la réduction du bruit et, en particulier, un circuit de réduction de bruit qui supprime le bruit impulsionnel apparais- sant dans les signaux d'audiofréquences en utilisant une technique d'interpolation linéaire qui n'est pas affectée par le bruit blanc La présente invention est particulièrement utile pour des applications o le niveau du signal audio est relativement bas par rapport au niveau du bruit blanc. Un des procédés dont on dispose habituellement pour supprimer le bruit impulsionnel qui contamine les signaux d'audiofréquences implique une réduction du gain de transmis- sion ou une déconnexion de la voie de transmission du signal tant que le bruit est présent Un autre procédé implique la détection de l'amplitude du signal voulu sur le flanc de montée d'un bruit impulsionnel et le maintien de l'amplitude détectée pendant la présence de ce bruit impulsionnel Bien que ces procédés soient efficaces pour supprimer le bruit impulsionnel, la partie du signal affectée par le bruit n'est pas reconstituée, ce qui se traduit par un son artificiel. Pour remédier à ce problème, les systèmes d'audiofréquenees modernes utilisent une technique d'interpolation linéaire pour anticiper par interpolation linéaire la forme d'onde initiale de la partie affectée par le bruit Ce type de système exige des circuits compliqués et coûteux qui ne conviennent pas pour des matériels de prix modérés. La demande de brevet US N O 517 985-du 29 juillet 1983 décrit un circuit de réduction de bruit impulsionnel pour un signal audio dont les composantes haute fréquence sont pré- accentuées Le signal passe à travers un premier circuit de désaccentuation qui désaccentue partiellement le signal et à travers un premier circuit d'échantillonnage et de maintien qui poursuit la forme d'onde du signal lorsqu'aucun bruit impulsionnel n'est présent et maintient le niveau du signal en réponse au bruit impulsionnel, tout en déconnectant la voie de transmission du circuit de réduction de bruit La sortie du premier circuit d'échantillonnage et de maintien est appliquée, d'une part, à un second circuit de désaccentuation et, par conséquent, à la borne de sortie et, d'autre part, à un circuit de rétroaction qui comprend un différentiateur Le second circuit de désaccentuation coopère avec le premier circuit de désaccentuation pour fournir une caractéristique de désaccentuation complémentaire de la caractéristique de pré- accentuation Le rapport de pente du signal audio est détecté par le différentiateur et est échantillonné par un second circuit d'échantillonnage et de maintien en réponse à ce bruit impulsionnel en tant qu'indication de la position du bruit présentant de l'intérêt dans la forme d'onde du signal audio. Le signal échantillonné commande une source de courant constant bidirectionnel, commandée par une tension, pour modifier linéairement la tension échantillonnée par le premier circuit d'échantillonnage et de maintien en effectuant une charge et une décharge linéaire du condensateur de ce circuit. Du fait que le signal d'entrée appliqué au différen- tiateur n'est pas adapté pour traverser le second circuit de désaccentuation, le bruit blanc est présent dans ce signal d'entrée et est détecté par le différentiateur qui l'accentue ce qui se traduit par une erreur dans la tension d'inter- polation. C'est pourquoi la présente invention a pour objet principal un circuit de réduction de bruit impulsionnel peu coûteux, utilisant une technique d'interpolation linéaire qui n'est pas affectée par le bruit blanc. L'invention donne un circuit de réduction de bruit qui comprend un circuit d'échantillonnage pour engendrer une impulsion d'échantillonnage en réponse à un bruit impulsionnel introduit dans un signal d'entrée analogique Un premier circuit d'échantillonnage et de maintien est disposé dans une voie de transmission de signal s'étendant depuis une borne d'entrée jusqu'à une borne de sortie En modes "poursuite" dans lesquels le bruit impulsionnel est absent, le premier circuit d'échantillonnage et de maintien suit la forme d'onde du signal audio En réponse à un bruit impulsionnel, le premier circuit d'échantillonnage et de maintien est déclenché par l'impulsion d'échantillonnage pour échantillonner le signal audio dans un condensateur d'emmagasinage Un circuit de transfert non-linéaire est prévu et ce circuit présente une caractéristique entrée-sortie non-linéaire pour supprimer les signaux de faible amplitude comprenant le bruit blanc Ce circuit de transfert est connecté entre la sortie du premier circuit d'échantillonnage et de maintien et un différentiateur. Le rapport de pente du signal audio exempt de bruit blanc est détecté par le différentiateur et est appliqué à un second circuit d'échantillonnage et de maintien qui est également sensible à l'impulsion d'échantillonnage pour échantillonner le signal de rapport de pente Une source de courant constant bidirectionnele commandée par une tension est reliée au condensateur d'emmagasinage et est sensible au signal de rapport de pente échantillonné pour effectuer la charge et la décharge linéaire du condensateur de manière à modifier la tension emmagasinée dans ce dernier. Grâce à la présence du circuit de transfert non- linéaire, l'effet physio-acoustique de la distortion d'inter- polation mentionnée ci-dessus se trouve réduite de façon satisfaisante. De préférence, le circuit de réduction de bruit impulsionnel comprend un filtre passe-bas destiné à laisser passer les composantes de fréquencesinférieures du signal provenant du premier circuit d'échantillonnage et de maintien directement jusqu'à un additionneur et un filtre passe-haut destiné à laisser passer les composantes de fréquences supérieures à travers le circuit de transfert non-linéaire jusqu'à l'additionneur dont la sortie est appliquée à l'entrée du différentiateur. On va maintenant décrire la présente invention de façon détaillée en se référant aux dessins annexés, sur lesquels t la figure 1 est un schéma synoptique d'un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est un schéma synoptique d'un second 2425 O mode de réalisation de la présente invention les figures 3 A et 3 B sont des illustrations du circuit d'intégration/désaccentuation de la figure 2 dans des conditions de circuit différentes; et la figure 4 est une illustration de la forme d'onde apparaissant en divers points des modes de réalisation des figures 1 et 2. En se référant maintenant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté un circuit de réduction de bruit selon un premier mode de réalisation de la présente invention Le circuit de réduction de bruit comprend, d'une façon générale, un générateur 2 d'impulsions d'échantillonnage, un circuit d'échantillonnage-maintien et de désaccentuation 5, un différentiateur 6, un circuit d'échantillonnage et de maintien 7 et une source 8 de courant constant bidirectionnelle commandée par une tension. Un signal d'entrée audio haute fréquence pré- accentué est appliqué par l'intermédiaire d'une borne d'entrée 1 à un générateur 2 d'impulsions d'échantillonnage et à un circuit de temporisation 3 Le générateur 2 d'impulsions d'échantillonnage comprend un détecteur de bruit 21 et un conformateur d'onde 22 Le détecteur de bruit 21 engendre une sortie en réponse à un bruit impulsionnel qui se présente sous la forme de salves d'impulsions de courte durée contenues dans un signal audio haute fréquence pré-accentué qui est appliqué à une borne d'entrée 1 Le conformateur d'onde donne à la sortie du détecteur 21 la forme d'une impulsion d'échantillonnage rectangulaire. Le signal audio est retardé par le circuit de temporisation 3 de manière à colncider avec l'impulsion d'échantillonnage et est amplifié par un amplificateur intermédiaire 4 puis envoyé à un circuit d'échantillonnage- maintien et de désaccentuation 5 Le circuit 5 comprend une résistance 54 qui est couplée par l'intermédiaire d'un inter- rupteur analogique 51 normalement fermé et d'un condensateur à la masse de manière à former un circuit de désaccen- tuation présentant une caractéristique complémentaire à celle avec laquelle le signal audio a été pré-accentué Le point de jonction entre l'interrupteur 51 et le condensateur 55 est couplé à l'aide d'un amplificateur intermédiaire 53 de forte impédance d'entrée à une borne de sortie 10 Ce point de jonction est en outre couplé, à l'aide d'un interrupteur analogique 52 normalement ouvert,à la sortie de la source 8 de courant constant qui effectue la charge et la décharge linéaire du condensateur 55. D'une manière que l'on va décrire, le circuit de réduction de bruit fonctionne en mode"poursuite et désaccen- tuation'en l'absence de bruit impulsionnel dans le signal d'entrée et en mode"échantillonnage et maintien en réponse à la détection du bruit. L'impulsion d'échantillonnage en provenance du conformateur d'onde 22 est appliquée à l'interrupteur 51 normalement fermé pour déconnecter la voie de transmission de signal audio entre la borne d'entrée 1 et la borne de sortie 10 de manière à empêcher le bruit d'être délivré à la borne de sortie 10 et pour engendrer une tension d'inter- polation linéaire dans le condensateur 55 de manière à reconstituer la partie interrompue du signal L'impulsion d'échantillonnage est également appliquée à l'interrupteur 52 normalement ouvert pour compléter le circuit entre la sortie de la source 8 de courant constant et le condensateur 55 au cours du mode échantillonnage et maintien ' Au cours des modes"poursuite et désaccentuation' l'interrupteur 51 reste fermé et la tension développée dans le condensateur 55 suit la forme d'onde de l'entrée audio qui est amplifiée par l'amplificateur intermédiaire 53 en vue d'être fournie à la borne de sortie 10 tandis que cet amplificateur coopère avec la résistance 54 pour assurer une désaccentuation haute fréquence Le bruit blanc qui prévaut dans la région haute fréquence du spectre audio se trouve de ce fait atténué jusqu'à un niveau bas insuffisant pour que ce bruit soit détecté par le différentiateur 6 tandis que les signaux d'amplitude plus grande qui ont été pré-accentués se trouvent désaccentués. Le mode'*échantillonnage et maintienl commence en réponse à l'impulsion d'échantillonnage engendrée lors de la détection d'un bruit impulsionnel L'interrupteur 51 s'ouvre et le condensateur 55 maintient la tension qui a été emmaga- sinée dans ce condensateur immédiatement avant l Papparition du bruit L'interrupteur 52 se ferme en réponse à cette impulsion d'échantillonnage de manière à connecter la sortie du circuit de charge et de décharge 8 au condensateur 55. La tension du condensateur 55 est appliquée, par l'intermédiaire de l'amplificateur 53, au différentiateur 6 comprenant un condensateur 61, une résistance 62 et un ampli- ficateur intermédiaire 63 La sortie du différentiateur 6 représente le rapport de pente du signal audio de sorte que la sortie du différentiateur 6 est une indication de la posi- tion de l'impulsion de bruit sur la pente variable du signal audio Le signal de rapport de pente est appliqué au circuit d'échantillonnage et de maintien 7 qui comprend un interrupteur analogique 71 normalement fermé, un condensateur 72 et un amplificateur intermédiaire 73 L'interrupteur 71 réagit à l'impulsion d'échantillonnage en échantillonnant le signal de rapport de pente dans le condensateur 72 de sorte que la tension échantillonée représente le rapport de pente du signal audio immédiatement avant l'apparition du bruit impulsionnel. La source 8 de courant constant, commandée par une tension, comprend une paire de transistors 81 et 82 de typesde conductivitésopposées montés en série entre une source de tension positive +Vcc et une source de tension négative -Vcc auxquelles ils sont reliés respectivement par des résistances 83 et 84 Les transistors 81 et 82 sont polarisés par des potentiels apparaissant aux bornes opposées d'un potentiomètre qui sont reliées respectivement aux sources de tension par des résistances 86 et 87 Les collecteurs des transistors 81 et 82 sont couplés ensemble au condensateur 6 et le point de prise du potentiomètre 85 est relié à la sortie du circuit d'échantillonnage et de maintien 12 à l'aide d'un amplificateur d'inversion 28 de gain égal à l'unité Le potentiomètre 85 est ajusté de manière que pour un réglage zéro volt au noeud X, un potentiel zéro volt correspondant apparaisse au noeud Y. Le fonctionnement de cette source de courant constant est tel que lorsqu'un potentiel d'entrée positif lui est appliquée, le transistor 81 devient plus conducteur que le transistor 82 et fournit plus de courant au noeud Y que le courant évacué de ce noeud pa r le transistor 82 Il en résulte que le noeud Y est porté à un potentiel positif égal au poten- tiel apparaissant au noeud X Le condensateur 55 est ainsi chargé linéairement à une vitesse proportionnelle à l'amplitude de l'impulsion d'entrée variant dans le sens positif Par contre, un potentiel d'entrée négatif rend le transistor 82- plus conducteur que le transistor 81 de manière qu'il évacue du noeud Y plus de courant que le courant qui lui est fourni par l'intermédiaire du transistor 81, de sorte que le noeud. Y est porté à un potentiel négatif égal au potentiel du noeud X Le condensateur 55 est ainsi déchargé linéairement à une vitesse proportionnelle à l'amplitude de l'impulsion variant dans le sens négatif, - Le signal de rapport de pente échantillonné par le circuit d'échantillonnage et de maintien 7 commande la source 8 de courant constant -de manière qu'elle charge ou décharge le condensateur 55 selon la polarité du signal échantillonné et à une vitesse linéaire qui varie en fonction de la valeur échan- tillonnée Par conséquent, si le bruit apparait sur une pente montante du signal audio, le signal échantillonné a une polarité positive et sa valeur représente le gradient de la position de la pente montante sur laquelle le bruit est présent La source 8 de courant constant fournit un courant au condensateur 55 en proportion de la valeur échantillonnée de sorte que la tension du condensateur 55 augmente linéairement jusqu'à la fin de la période d' échantillonnage à la même vitesse que celle à - laquelle le signal a augmenté au point immédiatement antérieur à l'apparition du-bruit, en engendrant ainsi une tension d'interpolation qui se rapproche de la partie perdue du signal. Par contre, si le bruit se produit sur une pente descendante, le signal échantillonné a une polarité négative et la source de courant 8 évacue un courant du condensateur 55 de sorte que la tension du condensateur 55 diminue linéairement jusqu'à la fin de la période d'échantillonnage à la m 9 me vitesse que celle à laquelle le signal a diminué au point immédiatément antérieur à l'apparition du bruit. Du fait que le bruit blanc a été éliminé par la résistance 54 et le condensateur 55 au cours du mode "poursuite" le différentiateur 6 ne fournit aucune sortie indésirable qui, sans cela, serait échantillonnée dans le condensateur 72 On évite ainsi la distortion d'interpolation. La figure 2 est une illustration d'un second mode de réalisation de la présente invention dans lequel les parties correspondant à celles de la figure t portent les m 9 mes références que sur cette dernière figure Le second mode de réalisation comprend un circuit d'intégration et de désaccen- tuation 50 qui remplace le circuit d'échantillonnage et de désaccentuation 5 et la source 8 de courant constant bidirec- tionnelle commandée par une tension du mode de réalisation précédent. Le circuit d'intégration et de désaccentuation 50 comprend un amplificateur différentiel 503 comportant une entrée de non-inversion reliée à la masse et une entrée-d'in- version reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur 501 normalement fermé à une des extrémités d'une résistance 506 dont l'autre extrémité est reliée à la sortie d'un amplificateur d'inversion 504 présentant un gain d'inversion A Un condensa- teur de rétroaction 505 relie la sortie de l'amplificateur différentiel 503 à l'entrée d'inversion de ce dernier et une résistance de rétroaction 507 relie la sortie de l'amplificateur 503 à l'entrée d'inversion de cet amplificateur par l'inter- médiaire de l'interrupteur 501 L'entrée d'inversion de l'amplificateur différentiel 503 reçoit un signal fourni par le circuit d'échantillonnage et de maintien 7 à travers un amplificateur d'inversion 509 de gain égal à l'unité et à travers un interrupteur 502 normalement ouvert et un résistance 508 lorsque l'interrupteur 502 est actionné en réponse à l'impulsion d'échantillonnage L'interrupteur 501 réagit à l'impulsion d'échantillonnage en ouvrant le circuit de l'entrée d'inversion de l'amplificateur différentiel 503. Au cours des modes "poursuite et désaccentuation", l'interrupteur 501 reste fermé de sorte que le circuit d'inté- gration et de désaccentuation 50, représenté par la figure 3 a, présente une caractéristique de dësaccentuation qui est donnée par une fonction de transfert G(S) comme suit: e = Rb 1 G(S) =, b I ( 1) ei Ra S C Rb+ 1 ( o, Ra = valeur ohmique de la résistance 506 Rb = valeur ohmique de la résistance 507 C = capacité du condensateur 505 S = j Lu. La caractéristique de désaccentuation donnée par l'équation 1 désaccentue les composantes de fréquences supérieures du signal audio d'une manière complémentaire à la pré-accentuation donnée au signal audio et le bruit blanc est ainsi éliminé avant l'application au différentiateur 6. Au cours des modes "échantillonnage et maintien", l'interrupteur 501 s'ouvre et l'interrupteur 502 se ferme en réponse à l'impulsion d'échantillonnage Le circuit d'intégration et de désaccentuation 50 agit comme un intégrateur de biiller représenté sur la figure 3 b et dont la fonction de transfert est donnée par: Eo 1 G(S) = = * ( 2) Ei S C Rc o Rc = valeur ohmique de la résistance 508 Le signal de rapport de pente échantillonné dans le condensateur 72 est appliqué à l'amplificateur différentiel 503 par l'intermédiaire de la résistance 508 de sorte que cet amplificateur charge et décharge linéairement le condensateur 505 selon la polarité du signal échantillonné à une vitesse correspondant à la valeur échantillonnée. La figure 4 est une illustration des formes d'ondes apparaissant en divers points des modes de réalisation des figures 1 et 2 À des fins d'illustration, on suppose que les bruits impulsionnels Ni, N 2 et N 3 apparaissent dans le signal audio pré-accentué Sl dans des parties de pente différentes de la forme d'onde audio Les impulsions d'échantillonnage 52 sont engendrées par le générateur 2 d'impulsions d'échantil- lonnage en coÂncidence dans le temps avec les bruits de manière à actionner les interrupteurs 51 et 501 en tronquant le signal 53 comme indiqué en 53-1, 53 _ 2 et 53 3 Le signal de sortie 54 du différentiateur 6 est échantillonné au flanc avant des impulsions d'échantillonnage de manière que le signal de rapport de pente soit maintenu à un niveau constant pendant les périodes d'échantillonnage, comme représenté en 55, et charge les condensateurs 55 et 505 linéairement à une vitesse proportion- nelle à la valeur échantillonnée Les parties tronquées du signal 53 sont reconstituées par la tension développée dans le condensateur En raison de cette opération de charge et de décharge linéaire, la partie tronquée du signal varie liné- airement à la même vitesse que celle à laquelle le signal a varié au moment immédiatement antérieur à l'apparition du bruit. Le signal de sortie 54 du différentiateur reste ainsi constant pendant la période d'échantillonnage et prend la même forme d'onde que la sortie du circuit d'échantillonnage et de maintien 7. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Un circuit de réduction de bruit comportant une borne d'entrée à laquelle est appliqué un signal audio analogique haute fréquence préaccentué et une borne de sortie à partir de laquelle est délivré un signal audio dont le bruit a été supprimé, caractérisé par le fait qu'il comprend: un moyen couplé à ladite borne d'entrée pour engendrer une impulsion d'échantillonnage en réponse à un bruit impulsionnel introduit dans ledit signal analogique; un moyen comportant une résistance et un condensateur disposés dans une voie de transmission de signal entre ladite borne d'entrée et ladite borne de sortie pour désaccentuer ledit signal audio en l'absence de ladite impulsion d'échan- tillonnage et pour déconnecter ladite voie de transmission en un point compris entre ladite borne d'entrée et ledit conden- sateur en présence de ladite impulsion d'échantillonnage; un différentiateur couplé à la sortie dudit circuit de désaccentuation pour engendrer un signal représentant le rapport de pente du signal analogique désaccentué; un circuit d'échantillonnage et de maintien relié à la sortie du différentiateur pour échantillonner ledit signal de rapport de pente en réponse à ladite impulsion d'échantil- lonnage; et un moyen pour charger et décharger linéairement ledit condensateur à-une vitesse qui varie en fonction du signal échantillonné en présence de ladite impulsion d'échantillonnage. 2 Circuit de réduction de bruit suivant la revendication t, caractérisé par le fait que ledit moyen de désaccentuation comprend un moyoe d'ouverture et defeneture de cirwitmnrmament fermé disposé dans ladite voie de transmission de signal pour déconnecter cette voie en réponse à ladite impulsion d'échan- tillonnage en un point compris entre ladite borne d'entrée et ledit condensateur. 3 Circuit de réduction de bruit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen de 525 charge et de décharge comprend une source de courant constant bidirectionnelle commandée par une tensionet un moyen d'ouver- ture et de fermeture de circuit normalement ouvert pour'relier la sortie de ladite source de courant audit condensateur en réponse à l'impulsion d'échantillonnage précitéeo 4 Circuit de réduction de bruit suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite source de courant constant comprend une paire de transistors de types de conductivité opposés montés dans un circuit série disposé entre les sources de tension de polarités opposées, et un réseau de résistances pour polariser lesdits transistors en réponse au signal de sortie dudit second circuit d'échantil- lonnage et de maintien, le point de jonction entre lesdits transistors étant relié audit condensateur. 5 Circuit de réduction de bruit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen de charge et de décharge et ledit moyen de désaccentuation sont formés par un circuit comprenant: un amplificateur comportant des entrées d'inversion et de non-inversion, l'entrée de noninversion étant reliée à un potentiel de référence et la sortie de l'amplificateur étant reliée à ladite borne de sortie; un moyen d'ouverture et de fermeture de circuit normalement fermé réagissant à ladite impulsion d'échantil- lonnage en ouvrant une voie du circuit; une première résistance à l'aide de laquelle ladite borne d'entrée est reliée-à l'entrée d'inversion dudit amplificateur opérationnel; une seconde résistance à l'aide de laquelle la sortie dudit amplificateur opérationnel est relié à l'entrée d'inver- sion par l'intermédiaire dudit moyen d'ouverture et de fermeture de circuit normalement fermé; un condensateur à l'aide duquel la sortie dudit amplificateur opérationnel est reliée à l'entrée d'inversion de cet amplificateur; et un moyen d'ouverture et de fermeture de circuit normalement ouvert réagissant à ladite impulsion d'échantil- lonnage en complétant une voie du circuit; et une troisième résistance à l'aide de laquelle la sortie dudit circuit d'échantillonnage et de maintien est reliée à ladite entrée d'inversion par l'intermédiaire dudit second moyen d'ouverture et de fermeture de circuit. 6 Circuit de réduction de bruit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un amplificateur intermédiaire à forte impédance d'entrée, disposé dans ladite voie de transmission de signal entre ledit condensateur et ladite borne de sortie.