Brevet FR2542529A1 — publié le 19840914

? 9 Circuit de réduction des bruits d'impulsions par interpo- lation linéaire avec insensibilité aux bruits blancs. La présente invention se rapporte d'une façon générale à la réduction des bruits et concerne plus parti- culièrement un circuit de réduction des bruits qui élimine les bruits d'impulsions, qui apparaissent dans des signaux de son, en utilisant une technique d'interpolation linéaire- insensible au bruit blanc L'invention convient particuliè- rement pour des applications dans lesquelles le niveau du signal de son est relativement bas comparativement au niveau du signal de bruit blanc. Un procédé actuel pour supprimer les bruits d'impulsion contaminant les signaux de son implique la réduction du gain de transmission ou l'interruption du circuit de transmission du signal tant que le bruit est présent Un autre procédé implique la détection de l'ampli- tude du signal voulu sur le flanc croissant d'un bruit d'impulsions et le maintien de l'amplitude détectée en présence du bruit d'impulsions Bien que ces procédés soient efficaces pour supprimer les bruits d'impulsions, la partie du signal affectée par le bruit n'est pas reconstituée, ce dont il résulte un son non naturel Pour-résoudre ce problème les systèmes sonores numériques modernes mettent en oeuvre une technique d'interpolation linéaire pour prévoir la forme d'onde initiale de la partie modifiée par un bruit par interpolation linéaire Ce type de système nécessite des circuits compliqués et coûteux qui ne conviennent pas pour des équipements de prix modéré. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 517 985 déposée le 29 juillet 1983 au nom de Y Ishigaki décrit un circuit de réduction de bruits d'impulsions dans lequel le signal de son passe par un premier circuit d'échantillonnage et maintien qui suit la forme d'onde du signal lorsqu'aucun bruit d'impulsions n'est présent et qui conserve le niveau du signal en réponse à un bruit d'impulsions La pente du signal de son est détectée par un différenciateur et elle est échantillonnée par un second circuit d'échantillonnage et maintien en réponse à ce bruit d'impulsions comme une indication de la position du bruit considéré dans la forme d'onde du signal de son. Le signal échantillonné attaque une source de courant constant bidirectionnel commandé par tension pour modifier de façon linéaire la tension échantillonnée par le premier circuit d'échantillonnage et maintien en effectuant une charge et une décharge linéaires du condensateur. Cependant si un bruit blanc prédomine dans la plage des fréquences élevées du spectre sonore et si le niveau du signal voulu est faible par rapport à celui du bruit blanc, ce dernier est détecté par le différenciateur et entraîne une augmentation du:iniveau du signal de pente qui doit être échantillonné pendant la période de suppression de bruit Il en résulte que la tension d'interpolation - s'écarte de ce qu'elle devrait être Un autre inconvénient est qu'un bruit supplémentaire est introduit par l'aspect aléatoire du bruit blanc. L'objet essentiel de l'invention est donc de proposer un circuit de réduction de bruits d'impulsions peu coûteux mettant en oeuvre une technique d'interpolation linéaire et qui est insensible au bruit blanc. L'invention concerne donc un circuit de réduction de bruit qui comporte un circuit d'échantillonnage pour produire une impulsion d'échantillonnage en réponse à un bruit d'impulsions introduit dans un signal d'entrée analogique Un premier circuit d'échantillonnage et maintien est connecté dans un circuit de transmission de signaux, entre les bornes d'entrée et de sortie Dans des modes de poursuite, dans lesquels les bruits d'impulsions n'existent pas, le premier circuit d'échantillonnage et maintien suit la forme d'onde du signal sonore En réponse à un bruit d'impulsions, le premier circuit d'échantillonnage et maintien est déclenché par l'impulsion d'échantillonnage pour échantillonner le signal de son dans un condensateur d'emmagasinage Un circuit de transfert non linéaire est prévu, ayant une caractéristique d'entrée-sortie non linéaire pour supprimer les signaux de petite amplitude contenant un bruit blanc Le circuit de transfert est connecté entre la sortie du premier circuit d'échantillonnage et maintien et un différenciateur La pente du signal de son exempt de bruit blanc est détectée par le différenciateur et appliquée à un second circuit d'échantillonnage et maintien qui réagit également à l'impulsion d'échantillon- nage pour échantillonner le signal de pente Une source de courant constant bidirectionnelle commandée par tension est connectée au condensateur d'emmagasinage et elle réagit au signal de pente échantillonné pour effectuer une charge et une décharge linéaires du condensateur pour modifier la tension qui y est emmagasinée. Grâce au circuit de transfert non-linéaire, l'effet acoustiquephysiologique de la distorsion par interpilation mentionnée ci-dessus est réduit de façon satis- faisante. De préférence, le circuit de réduction de bruit d'impulsions comporte un filtre passe-bas pour laisser passer les composantes de fréquences inférieures du signal provenant du circuit d'échantillonnage et maintien directe- ment vers un additionneur, et un filtre passe-haut pour laisser passer les composantes de fréquences supérieures par le circuit de transfert nonlinéaire vers l'additionneur dont le signal de sortie est appliqué à une entrée du différenciateur. L'invention sera décrite plus-en détail en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation de l'invention, La figure 2 représente des formes d'onde qui conviennent pour décrire le fonctionnement du mode de réa- lisation de la figure 1, La figure 3 est une représentation graphique des caractéristiques de fonctionnement des circuits de transfert non-linéaire de la figure 1, et La figure 4 est un schéma simplifié d'un mode modifié de réalisation de l'invention. La figure 1 représente donc un circuit de réduction de bruit, selon un mode de réalisation de l'invention Ce circuit comporte un générateur 2 d'impulsions d'échantil- lonnage connecté à une borne d'entrée 1 à laquelle est appliqué un signal de son analogique contenant des bruits. Le générateur 2 d'impulsions d'échantillonnage comporte un détecteur de bruit 21 qui réagit à un bruit d'impulsions dans un signal de son en produisant un signal de sortie. Ce signal est mis en forme par un conformateur 22 en une impulsion d'échantillonnage rectangulaire D'une manière qui sera décrite, cette impulsion est utilisée pour inter- rompre le circuit de transmission du signal de son entre la borne d'entrée 1 et une borne de sortie 9 lorsqu'un bruit d'impulsions est détecté et pour,produire une tension d'interpolation linéaire destinée à reconstituer la partie coupée du signal Lorsqu'aucun bruit d'impulsions n'est présent, le circuit de réduction de bruit selon l'invention fonctionne dans un mode-de poursuite en suivant la forme d'onde du signal analogique et il fonctionne dans un mode d'échantillonnage lorsqu'un bruit d'impulsions est détecté pour donner une approximation de la partie perdue du signal par interpolation linéaire. Un circuit à retard 3, connecté à la borne d'entrée 1, introduit un retard correspondant au retard inhérent du générateur 2 d'impulsions d'échantillonnage de manière qu'une impulsion d'échantillonnage coïncide avec un bruit d'impulsions Le signal de son retardé est amplifié par un premier amplificateur de son 4 ayant une basse impédance de sortie et charge un condensateur 6 par un commutateur analogique 5 normalement formé afin que la tension développée aux bornes du condensateur 6 suive la forme d'onde du signal d'entrée pendant le mode de poursuite La tension développée aux bornes du condensateur 6 est amplifiée par un second amplificateur tampon 7 à haute impédance d'entrée Le commutateur 5, le condensateur 6 et l'amplificateur tampon 7 forment ensemble un premier circuit d'échantillonnage et maintien pour échantillonner la tension qui apparaît immédiatement avant l'apparition d'une impulsion parasite La sortie de ce circuit d'échan- tillonnage et maintien est appliquée à la borne de sortie 9 et également à un circuit de transfert non linéaire 10. Ce circuit de transfert comporte deux diodes 101 et 102 ayant des caractéristiques de fonctionnement non linéaires identiques, connectées en relation anti-parallèles et deux résistances 103 et 104 'développant une tension d'entrée et une tension de sortie connectées l'une de chaque côté des diodes anti-parallèles. La sortie du circuit de transfert 10 est applique un différenciateur ou détecteur de pente qui est constitué. par un condensateur 111, de résistance 112 et un amplificateur tampon 113 Le signal de pente est appliqué à un second circuit d'échantillonnage et maintien 12 comprenant un commutateur 121 normalement fermé, un condensateur d'emma- gasinage 122 et un amplificateur tampon 123 Le commutateur 121-réagit aux impulsions d'échantillonnage en échantillonnant le signal de pente dans le condensateur 122 La tension ainsi échantillonnée indique la partie dusignal de son dans laquelle le bruit d'impulsions s'est produit. Une source de courant constant bi-directionnel 8 commandée par tension assure la charge et la décharge à courant constant du condensateur 6 à une vitesse qui dépend du signal de pente délivré par le circuit d'échan- tillonnage et maintien 12 La source de courant constant comporte deux transistors 81 et 82 de types opposés de conductivité connectés en série entre une source de tension positive + Vcc et une source de tension négative -Vcc, respectivement par des résistances 83 et 84 Les transistors 81 et 82 sont polarisés par des potentiels développés aux bornes opposées d'un potentiomètre 85 qui est connecté respectivement aux sources de tension par des résistances 86 et 87 Les collecteurs des transistors 81 et 82 sont connectés ensemble au condensateur 6 et le curseur du potentiomètre 85 est connecté à la sortie du circuit d'échantillonnage et maintien 12 au moyen d'un amplificateur inverseur 88 de gain unitaire Le potentiomètre 85 est réglé de manière que pour une tension nulle-à un point X une tension nulle correspondante apparaisse au point Y. La valeur d'impédance du point Y est considérablement élevée comparativement à l'impédance de sortie de l'amplificateur tampon 4 de sorte que la source de courant constant 8 n'a que peu d'effet ou aucun effet sur le signal qui passe de l'amplificateur 4 à l'amplificateur 7 dans le mode de poursuite. Le fonctionnement de cette source de courant constant est tel que lorsqu'une tension d'entrée positive y est appliquée le transistot 81 devient plus conducteur que le transistor 82 et délivre au point Y plus de courant que n'en prélève le transistor 82 Il en résulte que le point Y passe à une tension positive égale à la tension développée au point X Le condensateur 6 est donc chargé de façon linéaire à une vitesse proportionnelle à l'amplitude de l'impulsion d'entrée positive Par ailleurs, une tension d'entrée négative rend le transistor 82 plus conducteur que le transistor 81 pour prélever davantage de courant au point Y que celui fourni par le transistor 81 de sorte que le point Y passe à une tension négative égale à celle au point X Le condensateur 6 est donc déchargé de façon linéaire à une vitesse proportionnelle d l'amplitude de l'impulsion négative. Le fonctionnement du-circuit de réduction de bruit sera mieux compris en regard des formes d'onde de la figure 2. Pendant le mode de poursuite, le commutateur 5 reste fermé pour laisser passer un signal de son d'entrée dans le circuit de transmission vers la borne de sortie 9 à laquelle il apparaît comme la forme d'onde 32, le signal de sortie étant en outre appliqué au circuit de transfert non linéaire 10 dont le fonctionnement sera discuté par la suite Pendant ce mode de poursuite, la sortie du différenciateur varie continuellement avec le signal d'entrée comme représenté en 34, comme une indication de la pente du signal de son, et elle est appliquée au circuit d'échan- tillonnage et maintien 12 Etant donné que l'impédance de sortie de la source de courant constant est beaucoup plus élevée que l'impédance de sortie de l'amplificateur tampon 4, le signal qui passe par le circuit d'échantillonnage et maintien 12 vers la source de courant constant 8 n'a que peu d'effet sur la transmission du signal de son vers la borne de sortie 9 et la tension développée aux bornes du condensateur 6 suit la forme d'onde du signal délivrée à la borne de sortie 9. A titre d'exemple, il sera supposé que le signal d 'entrée contient des impulsions parasites N et N 2 qui apparaissent successivement sur une pente décroissante du signal de son, près de sa crête positive, là o la pente est voisine d'une valeur nulle, et sur une pente croissante du signal au point de passage par zéro, là o la pente est maximale Le générateur 2 d'impulsions d'échan- tillonnage produit des impulsions d 'êchantillonnage 31-1 et 31-2 en réponse aux parasites N 1 et N 2 respectivement. En réponse à l'impulsion d'échantillonnage 31-1, le circuit de réduction de bruit fonctionne dans le mode d'échantillon- nage dans lequel les commutateurs 5 et 121 s'ouvrent Le circuit de transmission est interrompu pour-éviter que le bruit N 1 soit transmis aux bornes de sortie 9 et le condensateur 6 est déconnecté du circuit de basse impédance de sortie de l'amplificateur tampon 4 Le différenciateur 11 développe une tension négative 34-1 qui est échantillonné par le condensateur:'> 122 Cette valeur échantillonnée contient les informations sur la pente du signal et sa polarité à uninstant qui précède immédiatement l'apparition du bruit N 1. La tension négative échantillonnée 34-1 entraîne que la source de courant constant 8 charge le condensateur 6 de -façon linéaire à une vitesse proportionnelle à la pente du signal à l'instant qui précède immédiatement l'apparition du bruit N 1, de sorte que la tension échantilloné au condensateur 10 varie de façon linéaire, produisant une tension d'interpolation qui est indiquée par le segment de ligne 32-1 Cette tension donne une interpolation de la période de suppression du bruit et une approximation du signal qui a été perdue dans la période d'échantillonnage. Le fonctionnement du circuit de transfert non- linéaire 10 est le suivant: ce circuit de transfert remplit une fonction de transfert non linéaire comme le montre la figure 3, comprenant une partie pratiquement constante F qui couvre les variations de petite amplitude au-dessus et au-dessous du niveau zéro volt En raison de cette réponse constante au point de passage par zéro, le bruit blanc de petite amplitude diminue jusqu'à un niveau négligeable En raison de la nonlinéarité au passage par zéro, les signaux de grande amplitude subissent une distorsion au passage par zéro en passant par le circuit de transfert 10 comme indiqué en 33-1 ' sur la figure 2 et cette distorsion entraîne une augmentation de tension 34-1 ' à la sortie du différenciateur 11 Etant donné que le parasite 34-1 ' apparaît à l'extérieur de la période d'inter- polation, la tension d'intexpolation n'est pas affectée. Dans le cas du bruit d'impulsions M 2, le signal de sortie 33 du circuit de transfert 10 présente une dis- torsion 33-2 au passage par zéro suivant immédiatement la transition avant d'une impulsion d'échantillonnage 31-2 et par conséquent, le signal de pente 34 est échantillonné en un point 34-2 et décroît brusquement jusqu'à un niveau 34-2 ' correspondant à la distorsion 33-2 Le signal positif échantillonné 34-2 entraîne que la source de-courant constant 8 charge le condensateur d'emmagasinage 6 de façon linéaire de sorte que le signal de son est interpolé comme en 32-2. Si les variations de tension 34-1 ' et 34-2 ' coïncident dans le temps avec la transition suivant une impulsion d'échantillonnage 31, une pente incorrecte peut être échantillonnée Cela entraîne que la tension d'inter- polation reste à un niveau constant, produisant une légère distorsion d'interpolation. Mais la distorsion de ce genre est plus tolé- rable sur le plan acoustique et physiologique que des distorsions du type produit par le bruit blanc différencié. Par ailleurs, cette distorsion d'interpolation n'apparaît que lorsque la distorsion de passage par zéro coïncide avec un passage à zéro du signal de son Cette co Incide apparait très rarement car les variations 34-1 ' et 34-21 ont une courte durée comparativement à l'intervalle entre les points successifs de passage par zéro du signal de son. La figure 4 représente un mode de réalisation de l'invention Selon la figure 4, le signal de réaction provenant de l'amplificateur tampon 7 est appliqué par un filtre passe-bqs 40 à une première entrée d'un additionneur d'une part et par un filtre passe-haut 50 au circuit de transfert non linéaire 10 et de là, à la seconde entrée de l'additionneur 60 La fréquence de coupure du filtre passe-haut 50 correspond à celle du filtre passe-bas 40 de sorte que les caractéristiques combinées de ces filtres donnent une réponse constante dans le spectre avec une transition à la fréquence de coupure commune Etant donné que le bruit blanc se situe dans la plage des fréquences supérieures du spectre sonore, il passe par le filtre passe- haute 50 vers le circuit de transfert 10 tandis que les composantes de plus basse fréquence passent par le filtre passe-bas 40 et attaquent le différenciateur 11 en échappant au circuit de transfert linéaire 10 Par conséquent, le bruit d'impulsions qui apparaît aux points de passage par zéro ou au voisinage des composantes à fréquences inférieures du signal de son est exempt de la distorsion d'interpolation décrite ci-dessus. Bien entendu, de nombreuses modifications peuven être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 Circuit de réduction de bruit comprenant une borne d'entrée ( 1) à laquelle est appliqué un signal analo- gique de son et une borne de sortie ( 9) à laquelle est appliqué un signal de son dont les bruits sont supprimés, comprenant un générateur d'impulsions d'échantillonnage ( 2) connecté à ladite borne d'entrée pour produire une impulsion d'échantillonnage en réponse à un bruit d'impulsions intro- duit dans ledit signal analogique, un premier circuit d'é- chantillonnage et maintien comprenant un condensateur ( 6), un commutateur ( 5) prévu dans un circuit de transmission du signal depuis ladite borne d'entrée ( 1) vers ladite borne de sortie et ledit condensateur, ledit commutateur ( 5) réagissant à la dite impulsion d'échantillonnage en déconnec- tant ledit circuit de transmission du signal de ladite borne de sortie ( 9) et dudit condensateur ( 6) pour échantil- lonner ledit signal-analogique dans ledit condensateur,et un différenciateur ( 11) pour détecter la pente dudit signal analogique, un second circuit d'échantillonnage et maintien connecté àla sortie du différenciateur ( 12) pour échantillonner ledit signal de pente en réponse à ladite impulsion d'échantillonnage et une source de courant constant commandée par tension chargeant et déchargeant un circuit ( 8) couplé audit condensateur ( 6) pour charger et décharger de façon linéaire ledit condensateur en réponse au signal échantillonné par ledit second circuit d'échantillonnage et maintien ( 12), circuit caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de transfert non-linéaire ( 10) relié à la sortie du premier circuit d'échantillonnage et maintien ( 5,6), le circuit de transfert ayant une caractéristique d'entrée-sortie non linéaire pour éliminer un bruit blanc que contient le signal de sortie du premier circuit d'échantillonnage et maintien, et produisant un signal exempt de bruit blanc pour ledit différenciateur ( 11). 2 Circuit selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit circuit de transfert non linéaire consiste en deux dispositifs semi-conducteurs ( 101,102) à conduction uni-directionnelle non-linéaire, connectés en relation anti-parallèle. 3 Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un filtre passe- bas ( 40) et un filtre passe-haut ( 50), les deux filtres ayant une fréquence de coupure commune et leurs entrées étant reliées ensemble à la sortie dudit premier circuit d'échantillonnage et maintien ( 5,6), et en ce que ledit circuit de transfert ( 10) est relié à la sortie dudit filtre passe-haut, la sortie dudit filtre passe-bas ( 40) et la sortie du circuit de transfert ( 10) étant combinées dans un additionneur ( 60 > pour former le signal d'entrée dudit différenciateur ( 11)> 4 Circuit selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de charge et de décharge ( 8) consiste en deux transistors ( 81, 82) de types opposés de conductivité$ connectés dans un circuit en série entre des sources de tension de polarités opposées et un réseau à résistance ( 83, 87) pour polariser lesdits transistors en réponse au signal de sortie dudit second circuit d'échantillonnage et maintien ( 12), la jonction entre lesdits transistors étant reliée audit condensateur ( 6). Circuit selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur tampon ( 4) avec une faible impédance de sortie, prévu dans ledit circuit de transmission du signal entre ladite borne d'entrée ( 1) et ledit commutateur ( 5), ledit circuit de charge et de décharge constante ( 8) ayant une haute impédance de sortie qui est couplée avec ledit condensateur. 6 Circuit selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un second amplificateur tampon ( 7) ayant une haute impédance d'entrée connectée dans ledit circuit de transmission du signal, entre ledit premier amplificateur tampon ( 4) et ladite borne de sortie ( 9)