Brevet FR2616605A1 — publié le 19881216

I -Piocd _et dispositi de décodaae de sianaux duobinaires émis Par salves L'invention concerne le décodage des signaux codés en duobinaire émis par salves et elle trouve une application particulièrement importante dans les ins- tallations de diffusion de programmes de télévision sous forme d'un multiplex de signaux analogiques d'image et de signaux numériques, codés en duobinaire, de son et de données. Des normes ont été établies pour la diffusion par satellite de programmes sous forme de tels multi- plex, sous le nom D-MAC/PAQUET (à un débit numérique de ,25 Mbits/s) et D2-MAC/PAQUET (à un débit de 10,125 Mbits/s). Le mode classique de décodage des signaux duobinaires consiste à comparer le niveau du signal à des seuils. Un mode de décodage plus efficace, décrit dans la demande de brevet FR 86 15693, à laquelle on pourra se reporter, consiste à utiliser un critère de maximum de vraisemblance et à mettre en oeuvre l'algo- rithme de Viterbi. Cette solution permet, dans le cas d'une transmission du signal duobinaire en plein temps (c'est-à-dire de façon continue) d'atteindre des per- formances réduisant la valeur du rapport signal à bruit minimal acceptable. Mais l'application pure et simple du décodage de Viterbi à des signaux émis par salves dégrade notable- ment les performances. Cela est en particulier dû à ce que, pendant les intervalles séparant les salves, le décodeur reçoit un signal qui n'est pas codé duobinaire (par exemple le signal MAC) et qu'il soumet au décodage alors qu'il présente des violations de la règle de codage. A ce point d'analyse, il faut rappeler que, suivant la norme D ou D2MAC/PAQUET, les signaux 26 1 6 6 C numériques codés en duobinaire du multiplex peuvent se présenter sous deux formes dans la trame du signal de télévision: - avec un format fixe, la position des diffé- rents messages étant fixe, constante par rapport aux signaux de synchronisation contenus dans le multiplex, et connue du décodeur; - avec un format variable, la position des messages n'étant pas fixée, ce qui rend nécessaire de transmettre, dans la trame du signal de télévision, la position de différents messages. Dans le cas le plus fréquent, une partie des messages d'information sous forme numérique est en format fixe et une autre partie est en format variable. Par exemple, la norme intitulée "Spécification du système D2-MAC/PAQUET" publiée en septembre 1985 par l'Etat Francais, prévoit que les lignes de la suppres- sion trame peuvent être utilisées pour la transmission de signaux numériques de télétexte. Ces signaux sont générés par le même codeur duobinaire que celui utilisé pour coder les sons et les données transmis dans les intervalles de suppression ligne, l'affectation des lignes utilisées par le télétexte étant définie par une information relative à la structure du multiplex tempo- rel (information dite TDM CTL, décrite en partie I, chapitre 5-4 de la Norme ci-dessus mentionnée). Cette information est contenue dans la ligne 625 de la trame télévision. Une organisation similaire est prévue pour le D-MAC/PAQUET. Il est nécessaire que le mode de décodage prévu à la réception puisse s'accommoder du second genre de format, ce qui complique encore le problème. Par ailleurs, deux cas peuvent se présenter, suivant le mode de fonctionnement de l'émetteur de diffusion. Dans le premier cas, le fonctionnement du codeur duobinaire est interrompu entre les salves 26166e5 successives. Dans le second cas, qui est celui prévu par la Norme D2-MAC/PAQUET, le codeur duobinaire continue à fonctionner entre les salves. Pendant la transmission de signal d'image MAC et pendant les périodes d'alignement, la séquence de données appliquée à l'entrée du codeur duobinaire est simplement forcée à zéro. L'invention vise à fournir un procédé de décodage de signal duobinaire émis par salves permettant de se rapprocher des performances obtenues en cas de flot continu de données, et ce sans conduire à des complications excessives. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de décodage de données émises sous forme de signaux codés en duobinaire et émis par salves dans un multiplex, caractérisé en ce qu'on numérise le multiplex en bande de base et on le soumet à un décodage de Viterbi en masquant les parties du multiplex qui provo- queraient un viol de la règle de codage duobinaire dû aux interruptions entre salves. Un premier mode d'exécution de l'invention, qui permet d'atteindre des résultats optimaux, exige que soient connus les emplacements des messages d'informa- tion codés en duobinaire à traiter. Dans ce cas, on masque les parties non codées en duobinaire en inter- rompant le signal d'horloge du décodeur. Il est égale- ment nécessaire de respecter la règle de parité du codage. Une solution plus simple, mais qui ne permet pas d'arriver aux résultats les plus favorables, consiste à extraire les informations transmises en format fixe connues du récepteur, en ignorant les informations supplémentaires susceptibles d'être transmises en format variable dans les intervalles suppression trame: c'est le décodeur à seuil normal qui assurera la fonction de décodage pendant les intervalles de suppression trame. Cette solution permet de se dispenser de traiter les données contenues dans la ligne 625. L'invention propose également un dispositif per- mettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini. Le dispositif comprend des moyens d'extraction d'horloge du signal, un convertisseur analogique/numérique, un décodeur de Viterbi et des moyens destinés à interrompre le fonctionnement du décodeur de Viterbi par interrup- tion du signal d'horloge appliqué au décodeur pendant les interruptions entre salves. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réali- sation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure 1 est un schéma montrant la cons- titution d'une trame de signal D2 ou D-MAC/PAQUET; - les Figures 2 et 3 sont des schémas fonction- nels de dispositifs de décodage utilisant un décodeur de Viterbi, permettant respectivement de décoder des signaux D2 et D-MAC/PAQUET; - la Figure 4 est un synoptique montrant une fraction d'un dispositif de décodage constituant une variante de celui montré en Figure 2; - la Figure 5, similaire à la Figure 4, montre une variante de réalisation. On considèrera d'abord, dans ce qui suit, le décodage des signaux de son et de données contenus dans un multiplex conforme à la norme D2MAC/PAQUET. Ce multiplex a la structure montrée de façon simplifiée en Figure 1 o les légendes L1,..., L625 désignent les lignes successives de la trame de télévision. Le multiplex son-données occupe 623 salves numériques par image, la ligne 624 comportant des bits de réserve et un marqueur d'alignement, tandis que la totalité de la ligne 625 est affectée à la transmission d'un mot de synchronisation d'horloge, d'un mot de synchronisation de trame et de données de service. Chaque ligne comporte un mot de synchronisation de six bits. Le son et les données sont transmis en paquets de longueur fixe, comportant chacun 751 bits, dont un en-tête de vingt-trois bits et quatrevingt onze octets de données utiles. Chaque ligne comporte quatre-vingt dix-neuf bits utiles, le premier paquet débutant immédiatement après le mot de synchronisation ligne de la ligne 1 et le paquet n' 82 se terminant dans la ligne 623. Le nombre de lignes affectées au télétexte peut être implicite (format fixe) ou laissé au libre choix du diffuseur (format variable) et, dans ce cas, le nombre de lignes et leurs numéros sont indiqués dans la ligne 625. Dans ces conditions, pour obtenir un fonctionne- ment optimal, le procédé de décodage devra remplir deux conditions: 1. Avant décodage de Viterbi proprement dit, le signal décodé doit être traité pour reconstituer à l'entrée du décodeur une séquence duobinaire dans laquelle il n'existe aucun viol de la règle de codage duobinaire (c'est-à-dire aucune transition interdite), en éliminant toutes les parties du signal ne représen- tant pas des messages effectivement diffusés. 2. Il faut éliminer toutes les séquences de "zéro" connues du récepteur lors de la mise en oeuvre de l'algorithme de Viterbi en interrompant le signal d'horloge, de façon à éviter tout débordement dans les registres de mémoire du circuit de décodage de Viterbi. Si le nombre de "zéros" éliminés est pair, il suffit de juxtaposer les échantillons reçus de salve à salve. S'il est impair, les échantillons reçus seront juxtaposés avec inversion de salve à salve pour éviter un viol de la règle de codage. L'application de ces règles exige qu'il soit possible de déterminer à la réception l'emplacement des données introduites lors du codage à l'émission. Dans le cas du système D2 et D-MAC/PAQUET, ces données sont soit mémorisées dans le récepteur dans le cas d'un format fixe, dit "implicite", soit contenues dans la ligne 625 que le récepteur est prévu pour interpréter. Dans le mode de réalisation de l'invention mon- tré en Figure 2, destiné à un récepteur D2-MAC/PAQUET, le dispositif de décodage est précédé d'un filtre passe- bas 10 de largeur de bande nominale égale à 8,4 MHz. Le signal filtré est appliqué à un circuit 12 de commande automatique de gain et de restitution de la composante continue. Le signal est ensuite appliqué, d'une part, au décodeur MAC 14 (destiné à fournir le signal d'image) et, d'autre part, aux circuits qui traitent la compo- sante numérique. Ces circuits comportent un filtre complémentaire 16 destiné à limiter la bande à 5 MHz environ. On verra que, si le récepteur est de type mixte et. est prévu pour recevoir également des émissions D-MAC, un commutateur peut être prévu pour éliminer ce filtre à volonté. Le signal issu du filtre 16 est appliqué à deux voies de traitement en parallèle. La première voie comporte un décodeur duobinaire à seuils 18, un circuit 20 de récupération du signal d'horloge à 10,125 MHz (dont la fréquence est multipliée par deux par un doubleur 22 avant d'être fournie au décodeur MAC 14), un échantillonneur 24 à 10,125 MHz et un circuit de prise de synchronisation 26 alimentant un générateur des fenêtres temporelles requises, consti- tuant la base de temps. Une autre solution consiste à générer le signal d'horloge à 10,125 MHz à partir d'une récupération de rythme à 20,25 MHz, par division. La première voie comporte encore le circuit 30 de traitement de la ligne 625 permettant de connaître 26166C5 l'affectation des lignes de la suppression trame utilisées pour le télétexte et de localiser les salves qui ne sont pas transmise à format fixe. La constitution décrite jusqu'ici est classique et, pour cette raison, n'exige pas de description détaillée. La deuxième voie, affectée au décodage de Viter- bi, comporte un convertisseur analogique/numérique d'entrée 32 qui ne serait pas nécessaire dans le cas d'un décodage à seuils utilisant un critère de décision "dur". Une quantification sur quatre à six bits est généralement suffisante. Le convertisseur 32 attaque le décodeur de Viterbi 34. Les données D et le signal d'horloge H fournis par ce décodeur sont appliqués à un circuit 36 de reconstitution des salves. Le circuit 36 de reconstitution des salves a pour rôle de reconstituer les salves numériques avec un retard d'une ligne. En effet, le décodage de Viterbi entraîne un retard à la décision la décision sur l'échantillon reçu à l'instant to = nT n'est prise qu'après réception de l'échantillon reçu à l'instant tl = (n+p)T, p étant généralement compris entre 20 et 40. Les derniers échantillons d'une salve ne peuvent donc être décodés que lorsque sont disponibles les premiers échantillons de la salve suivante, du moins si l'on souhaite un fonctionnement optimum. Le'circuit 36 de reconstitution comporte essentiellement une mémoire de ligne ayant une capacité suffisante pour mémoriser les informations partiellement décodées pendant chaque in- tervalle de suppression ligne pour reconstituer ensuite les parties numériques entières. Enfin, la deuxième voie comporte un circuit 38 de traitement des sons et des données, qui peut avoir une constitution classique et qui n'est pas concerné par l'invention. Ce circuit 38 assure le débrassage et le désentrelacement des trames et il restitue le son et les données. Le décodeur de Viterbi proprement dit peut avoir la constitution décrite dans la demande de brevet FR 86 15693, déjà mentionnée, à laquelle on pourra se reporter. Pour que le décodage soit optimal, le fonction- nement du décodeur de Viterbi doit être interrompu en dehors des périodes de réception de salves utiles, notamment lorsque le signal diffusé provient d'un codeur qui ne s'interrompt pas entre salves utiles. Ce cas est notamment celui prévu par la Norme D2-MAC/PAQUET: pendant la transmission du signal d'image MAC et les périodes d'alignement, la séquence de données est sim- plement forcée à zéro à l'entrée du codeur duobinaire. Dans le mode de réalisation illustré en Figure 1, ce résultat est atteint en interrompant le signal provenant de l'horloge 20 appliqué au décodeur de Viterbi après réception de l'échantillon 208 qui correspond au niveau "zéro" à l'entrée du décodeur et jusqu'à l'échantillon 1292, c'est-à-dire pendant 542 périodes du signal d'horloge à 10,125 MHz. L'interruption est réalisée par un circuit 40 commandé à partir de la base de temps 28 et du circuit de traitement de la ligne 625. Ce dernier circuit programme la base de temps de façon à assurer les interruptions requises. La Figure 3, très similaire à la Figure 2, et sur laquelle les éléments correspondant à ceux de la Figure 2 portent le même numéro de référence, montre une constitution possible d'un dispositif de décodage d'un multiplex D-MAC/PAQUET. Le dispositif de la Figure 3 se différencie essentiellement de celui de la Figure 2 par l'absence du filtre complémentaire à 5 MHz, puisque les composantes numériques et analogiques du signal occupent des bandes de fréquence du même ordre et peuvent être traitées par le même filtre d'entrée 10 à 8,4 MHz. De plus, le signal d'horloge est récupéré à une fréquence égale à 20,25 MHz. Puisqu'il est commun à toutes les composantes du récepteur, il n'est plus nécessaire de prévoir un doubleur de fréquence. Une base de temps 40 est encore prévue pour interrompre l'application du signal d'horloge au décodeur de Viterbi 34 après réception de l'échantillon 208 jusqu'à l'échantillon 1292 de chaque ligne, c'est- à-dire pendant 1084 périodes du signal d'horloge à 20,25 MHz. On voit qu'un récepteur polyvalent est aisément réalisable, les seules modifications à apporter pour passer du D2 au D étant une commutation portant sur le filtre 16 et le doubleur 22 de la Figure 2 et un changement portant sur la base de temps 40. Le dispositif de décodage montré en Figures 2 et 3 comporte un circuit de traitement de la ligne 625 qui permet de déterminer la structure du multiplex. Dans la mesure o on s'intéresse uniquement au décodage des informations son-données transmises dans les intervalles de suppression ligne, ce dispositif peut être simplifié, en effectuant le décodage de Viterbi en négligeant les informations complémentaires transmises dans la suppres- sion trame, ce qui en particulier implique qu'on ignore les données contenues dans la ligne 625. Le procédé mis en oeuvre pour le décodage con- siste alors à faire fonctionner le décodeur de Viterbi de la façon suivante en dehors des périodes d'émission des salves utiles (c'est-àdire pendant les périodes de réception des échantillons 208 à 1292 de chaque ligne D ou D2-MAC/PAQUET): - maintien de l'envoi du signal d'horloge au décodeur 34, - forçage au niveau zéro du signal appliqué à l'entrée du décodeur, 26166 0 De plus, les métriques doivent être ré- initialisées au début de chaque ligne de télévision susceptible de contenir des informations numériques. Cette ré-initialisation consiste à affecter la même valeur aux métriques correspondant aux deux noeuds O et 1 du treillis (au sens de l'algorithme de Viterbi, tel que défini dans la demande de brevet FR 86 15693 déjà mentionnée) avant d'appliquer au décodeur le premier échantillon duobinaire de la salve. Cette ré-initialisation peut s'effectuer par forçage à un niveau déterminé d'éléments logiques contenus dans les circuits internes du décodeur. Au lieu d'agir directement sur les éléments logiques internes au décodeur, on peut aussi bien ré-initialiser le décodeur depuis l'extérieur, par exemple en envoyant à l'entrée du décodeur de Viterbii, avant le début de chaque salve, un préambule constitué par deux échantillons successifs ayant pour valeur +V et +V/2, les signaux à la sortie du codeur duobinaire étant supposés pouvoir prendre les valeurs +V, O ou -V. On peut également, ce qui revient au même, envoyer deux échantillons successifs de valeurs -V puis -V/2. Dans le cas d'un signal conforme à la Norme D2- MAC/PAQUET, les derniers bits de chaque salve sont alors décodés avec une probabilité d'erreur qui n'est plus celle du décodage de Viterbi, mais celle du décodage à seuil, ce qui entraîne une légère dégradation par rapport aux performances optimales que permet d'obtenir le dispositif de décodage de la Figure 2. Dans le cas d'un signal D-MAC/PAQUET, cette dégradation peut être évitée en ajoutant, à la fin de chaque salve numérique, un élément binaire Ak = 1. Cette solution peut être adoptée du fait que le dernier bit de chaque salve D (échantillon 207) n'est pas affecté à la transmission de données utiles. La dégradation des performances porte également 26166(,5 1 1 sur une partie du mot de synchronisation de ligne transmis au début de chaque salve. Mais cette dégrada- tion ne représente pas un inconvénient réel compte tenu de l'existence d'une voie parallèle spécifique à la synchronisation. La Figure 4 montre à titre d'exemple une cons- titution possible de la voie de décodage son-données mettant en oeuvre le mode de réalisation qui vient d'être décrit. Le signal provenant du circuit 12 est appliqué au convertisseur analogique/numérique 32 par l'intermédiaire d'un commutateur 42 commandé par un signal provenant de la base de temps 28. Le signal commande la mise à zéro du signal appliqué au conver- tisseur analogique/numérique 32 pendant chaque période séparant deux salves numériques successives. Un circuit 44 de ré-initialisation des métriques est également commandé par la base de temps 28. Cette dernière est prévue pour fournir une impulsion à la dernière période d'horloge qui précède le premier échantillon de chaque salve et, en réponse, le circuit 44 affecte la même valeur aux métriques correspondant aux noeuds 0 et 1 du treillis. Dans la variante de réalisation montrée en Figure 5, les métriques sont ré-initialisées depuis l'extérieur, par application de signaux appropriés à l'entrée du décodeur de Viterbi 36. Le décodeur comprend un commutateur 46 ayant une entrée de commande 48 et transmettant à sa sortie soit.un signal provenant du codeur analogique/ numérique 32, soit une séquence fournie par un générateur de séquence duobinaire d'initialisation 50, mémorisée.dans le générateur. L'entrée de commande 48 reçoit un signal fourni par la base de temps 28 pendant une fenêtre temporelle correspondant à la durée d'émission des bits 1 à 105 de chaque ligne dans le cas d'un signal D2 MAC PAQUET. Le signal de fenêtre temporelle et le signal d'horloge sont également appliqués à un compteur 52 qui valide le générateur 50 uniquement pendant les intervalles ne contenant pas le signal de son et de données. Pendant chacune de ces lignes: - la composante numérique du signal D2 MAC est appliquée à l'entrée du décodeur de Viterbi par le com- mutateur 46, les niveaux transmis étant égaux à +V, O ou -V (codés sur six bits par exemple), - pendant les bits 106 à 638, le générateur 50 applique à l'entrée du décodeur de Viterbi, par l'inter- médiaire du commutateur 46: le niveau 0 (sous la forme 100000 en cas de codage sur six bits) pour les bits 106 à 646 de la ligne, 15. le niveau + V (sous la forme 111111) pour le bit 647, le niveau +V/2 (sous la forme 110000) pour le bit 648. Dans une autre variante encore de réalisation, le dispositif ne comporte pas de circuit de réinitia- lisation des métriques, ce qui représente une simplifi- cation supplémentaire. La dégradation du décodage est en contrepartie accrue et en particulier des erreurs systé- matiques apparaissent à la détection du mot de synchro- nisation de ligne, ce qui est sans conséquence dans la mesure o la synchronisation de ligne s'effectue unique- ment à partir du mot de synchronisation de trame. 6 16605 REVENDICATIONS 1. Procédé de décodage de données émises sous forme de signaux codés en duobinaire et--émis par salves dans un multiplex, caractérisé en ce qu'on numérise le multiplex en bande de base et on le soumet à un décodage de Viterbi en masquant les parties du multiplex qui provoqueraient un viol de la règle de codage duobinaire dû aux interruptions entre salves. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on masque lesdites parties en interrompant le décodage pendant lesdites interruptions par interruption du signal d'horloge. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'on traite le multiplex pour reconsti- tuer, avant décodage de Viterbi, une séquence duobinaire dans laquelle il n'existe aucun viol de la règle de codage duobinaire, en éliminant toutes les parties du signal ne représentant pas des messages effectivement diffusés. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'on élimine, avant décodage de Viterbi, toutes les séquences de zéro connues du récepteur par interruption d'horloge de façon à éviter tout déborde- ment dans les registres de mémoire du circuit de décodage de Viterbi. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on réinitialise le processus de décodage avant le début de chaque salve. 6. Procédé de transmission suivant la norme D-MAC/PAQUET, utilisant un procédé de décodage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on émet, à la fin de chaque salve, un bit égal à 1.- 7. Dispositif de décodage de données émises sous forme de signaux codés en duobinaire et émis par salves dans un multiplex, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (18,20) d'extraction d'horloge du signal, un 26 66 r5 convertisseur analogique/numérique (32), un décodeur de Viterbi (34) et des moyens destinés à interrompre le fonctionnement du décodeur de Viterbi par interruption du signal d'horloge appliqué au décodeur pendant les interruptions entre salves. 8. Dispositif selon la revendication 7, pour récepteur de télévision suivant la norme D2 ou D MAC PAQUET, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens d'analyse de la ligne 625 commandant un circuit (40) d'interruption des signaux d'horloge en dehors des salves émises pendant des intervalles de supression ligne et de suppression trame. 9. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'il comprend de plus un circuit de reconstitution des salves, comportant une mémoire ayant une capacité compatible avec la longueur des séquences mises en oeuvre par le décodage de Viterbi. 10. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que le décodeur de Viterbi comporte un circuit (44) de réinitialisation des métriques avant le début de chaque salve, soit par action interne sur les éléments du décodeur de Viterbi (36), soit par action externe en appliquant un préambule particulier à l'entrée du décodeur de Viterbi.