Brevet FR2615025A1 — publié le 19881110

Dispositif de transcodage entre réseaux de transmission à débits différents et son utilisation dans un système de transmission multidébits. L'invention se rapporte aux réseaux de communication, et plus particulièrement à l'interconnexion de réseaux mettant en oeuvre des codeurs numériques, notamment des vocodeurs, et des liaisons à débits différents. Pour la clarté de l'exposé la description qui suit fait référence à des vocodeurs. Il existe actuellement différents types de vocodeurs et notamment des vocodeurs type "LPC" (en anglais "Linear Predictive Coding"), c'est-àdire des codeurs de parole utilisant la prédiction linéaire pour réaliser le codage. Le problème est que ces vocodeurs, tous basés sur la même modélisation de la parole, existent en différents débits, selon les bandes passantes autorisées par les supports de transmission utilisés. Ainsi, Il existe des codeurs de débit 800 bits par seconde, ou 2400 bits par seconde, notamment utilisés dans les systèmes de liaison HF ou sur paires téléphoniques; par ailleurs, il existe des vocodeurs à débit supérieur, par exemple 4800 bits, 9600 bits, ou plus, notamment pour les systèmes de transmission par voies radio (VHF ou UHF), filaires ou hertziennes. Toutefois la qualité globale de restitution diminue avec le débit utilisé. Actuellement, pour faire communiquer entre eux des utili- sateurs situés dans des réseaux utilisant des vocodeurs de types différents, la solution consiste à revenir au signal analogique de parole, en réalisant la synthèse des informations numériques issues d'un vocodeur d'un certain type, et à recoder la parole synthétisée pour la transmettre, via un vocodeur du type adapté au second réseau. Ainsi, on réalise en cascade plusieurs opérations d'analyse-synthèse de parole. Or, chaque analyse-synthèse dégrade le signal initial à chaque étape du transcodage. Après deux analyses/synthèses successives, la dégradation du signal est déjà très sensible. De plus, le vocodeur de plus bas débit, c'est-à-dire 800 bits par seconde, est très sensible aux distorsions qu'ont pu subir les signaux analogiques notamment du fait d'une analyse/synthèse précédente. Pratiquement, le signal encodé par un vocodeur 2400 bits ou 4800 bits par seconde ou plus, synthétisé et recodé par un vocodeur 800 bits par seconde est Inintelligible après la synthèse par le vocodeur 800 bits par seconde. Bien entendu la liaison entre deux correspondants issus chacun d'un réseau à un certain débit nécessite un doublement des équipements. L'invention a pour objet d'offrir une possibilité d'interopérabilité entre réseaux fonctionnant à débits diffé- rents, sans qu'il soit nécessaire de repasser au signal analogique d'information, notamment au signal de parole, et en gardant aux liaisons la qualité la meilleure possible, c'est-à-dire celle donnée par le vocodeur de plus bas débit impliqué dans la liaison considérée. Ainsi, en particulier lorsque des vocodeurs de débits différents coexistent dans un réseau les liaisons entre vocodeurs haut débit ne sont pas dégradées. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un dispo- sitif de transcodage entre réseaux de transmission à débits différents, purement numérique, programmable, pour assurer notamment l'interface entre réseaux comportant des vocodeurs de débits différents basés sur la même modélisation de la parole, soit pour l'exemple donné sur le modèle de prédiction linéaire. Selon l'invention un dispositif de transcodage entre réseaux de transmission d'information dans lesquels les trames successives de données transmises à débits différents ont la même durée. iet transmettent un jeu de paramètres caractéristiques d'un segment d'information à transmettre, la caractérisation et le format des différents paramètres étant variables selon le débit autorisé dans les réseaux, est caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'interface d'entrée associé à des ressources mémoires contenant les tables de transcodage préétablies nécessaires au transcodage des différents paramètres d'une caractérisation et d'un format donné associés à un premier réseau selon une caractérisation et/ou un format éventuellement différents associés à un second réseau, et un circuit d'interfaee de sortie programmable selon le débit du réseau récepteur, le processeur étant programmé pour réaliser les opérations de transcodage nécessaires à toutes les conversions de trames possibles. L'invention a également pour objet l'utilisation de tels dispositifs de transcodage dans un système de transmission multidéblts. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristl- ques apparaîtront à l'aide de la description- qui suit en réfé- rence aux figures annexées. La figure 1 est un schéma général représentant un exemple de système de communications utilisant plusieurs réseaux mettant en oeuvre chacun des vocodeurs de types différents; La figure 2 est le schéma représentant les dispositifs de conversion nécessaires pour l'interconnexion de. 3 réseaux à débits différents; La figure 3 est un diagramme représentant les trames issues de vocodeurs à 4 débits différents; La figure 4 est un schéma fonctionnel représentant le traitement réalisé par le dispositif de transcodage selon l'in- vention. La figure 5 est le schéma du dispositif de transcodage. Le modèle retenu pour le codage par prédiction linéaire "LPC 10" est le suivant: -le processus de phonation par lequel les cordes vocales (source) excitent le conduit vocal (filtre variable) est modélisé par une source de signal voisé (construit à partir d'impulsions périodiques) ou non voisé (construit à partir de bruit blanc) qui excite un filtre numérique à 10 coefficients. Pour transmettre des informations susceptibles de permettre la reconstitution d'un signal Image d'un signal de parole émis, il est donc possible de transmettre une série de paramètres caractéristiques de la parole à coder, transmis en série après multiplexage par trames de durée égale à la durée des segments de parole analysés. Ces paramètres sont les suivants - les coefficients du filtre numérique - l'énergie contenue dans la parole émise - un indicateur précisant si la tranche de parole analy- sée est voisée ou non voisée. - la période du fondamental, ou "pitch", inverse de la fréquence de mélodie pour les sons voisés. Ce n'est donc plus la parole qui est transmise, mais seulement les paramètres significatifs, sous forme de trames pour des segments de parole de durée déterminée, par exemple 22,5 millisecondes. Tous les vocodeurs dits "LPC" utilisent ce type de mo- dèle, et transmettent sous forme numérique soit directement les valeurs issues de l'analyse,' soit des valeurs approchées prises dans des jeux prédéterminés de valeurs possibles, suivant les débits autorisés. Ainsi, un vocodeur à 2400 bits par seconde transmet pour chaque segment de parole de 22,5 millisecondes: - les coefficients d'un filtre représentant le conduit vocal - un indicateur de voisement - la période du fondamental pour les sons volsés ou "pitch", inverse de la fréquence de mélodie; - une mesure de l'énergie dans le segment de parole con- sidéré. De la même manière un vocodeur à 800 bits par seconde transmet des paramètres du même type que les précédents mais avec un codage complémentaire: 26 1505 - le filtre représentant le conduit vocal n'est plus transmis sous forme explicite, c'est-à-dire avec ses coeffi- cients propres, mais à chaque segment de parole on recherche au sein d'un dictionnaire préétabli de 1024 filtres le filtre le plus proche du filtre qu'utiliserait un vocodeur 2400 bits par seconde. Pour la trame considérée l'indice de ce filtre considé- ré comme le plus proche voisin est alors transmis - la période du fondamental pour les sons voisés; - la mesure de l'énergie dans le segment de parole. Ces deux dernières valeurs, période du fondamental et énergie subissent un codage différentiel sur trois trames de façon à réduire le nombre de bits à transmettre. - un indicateur de voisement. Pour les vocodeurs de débit ' supérieur, typiquement 4800 à 9600 bits par seconde, voire 16000 b/s, l'une des techniques la plus performante lors de la synthèse de parole consiste à utiliser pour le codage un codage dit "multi-impulsionnel" qui utilise la même modélisation"LPC 1i0" du filtre pour représenter le conduit vocal, mais dans lequel l'analyse est complétée par le calcul de l'erreur entre le signal de parole à coder et le signal qu'on obtiendrait avec l'analyse résultant du codage à prédiction linéaire. Cette erreur est alors minimisée par un algorithme qui détermine la position et l'amplitude d'impulsions qui seront transmises au filtre pour réaliser la synthèse du signal de parole. Plus le débit autorisé est grand, plus le nombre d'impulsions correctrices par trame peut être élevé. Le modèle transmis alors est constitué des éléments suivants: - les coefficients du filtre représentant le conduit vocal; l'énergie dans le segment de parole correspondant - la période du fondamental qui est utilisée pour la prédiction à long terme, c'est-àdire pour la répétition des impulsions correctrices trouvées précédemment par la modélisation de l'erreur - l'amplitude et la position des nouvelles impulsions trouvées pour la trame courante. Dans ce type de vocodeur, l'indicateur de voisement n'est pas transmis sous forme explicite. Cependant l'analyse utilise cet indicateur pour la répétition a priori des impulsions. Cette analyse montre que les données transmises dans les trames successives différent d'un vocodeur de type "LPC" à un autre vocodeur de même type mais de débit différent. Or il est nécessaire que des réseaux de transmission utilisant des liaisons de débits différents, et les vocodeurs associés puissent communiquer entre eux. Le figure 1 représente un système de transmission dans lequel on a schématisé trois réseaux à débits différents: un premier réseau R1l, permet de faire communiquer un premier ensemble d'émetteurs-récepteurs mobiles, par exemple des ba- teaux, M1, M2... par liaison radio HF, ce réseau utilisant des vocodeurs à un débit adapté à ces liaisons, soit D1. Un second réseau R2 permet de faire communiquer un second ensemble d'émetteurs-récepteurs, par exemple des stations fixes, Si, S2... reliées par des liaisons filaires, ce réseau utilisant des vocodeurs à un débit adapté à ces liaisons, soit D2. Enfin un troisième réseau R3 permet de faire communiquer un troisième ensemble d'émetteurs-récepteurs, mobiles, par exemple des avions A1, A2, A3... par liaisons radio UHF, ce réseau utili- sant des vocodeurs à un troisième débit, D3. Pour que les liaisons soient possibles entre deux émetteurs-récepteurs quelconques de ces réseaux, l'invention prévoit des dispositifs de transcodage, purement numériques programmables, multidébits, susceptibles d'effectuer le transcodage de la trame numérique issue de l'analyse par un vocodeur à un débit donné en une trame numérique utilisable en synthèse par un vocodeur à l'un quelconque des autres débits possibles. Les postes des réseaux étant 26 15025 émetteurs-récepteurs, chaque dispositif de transcodage est double pour effectuer les transcodages dans les deux sens. La figure 2 représente schématiquement les dispositifs de transcodage nécessaires pour un multi-réseau à trois débits, du type représenté sur la figure i. Un premier dispositif de transcodage permet de faire communiquer les réseaux R1i et R2 en effectuant un transcodage d'une trame au débit D1 à une trame au débit D2 pour I'témission par un mobile Mt de R1i et la réception mobile A de R2, 1 j partie 12, et un transcodage d'une trame au débit D2 à une trame au débit D1 pour l'émission par un mobile A. et la J réception par un mobile Mi, partie 21. De même, un second dispositif de transcodage bilatéral 23, 32 est nécessaire pour faire communiquer les réseaux R2 et R3 et un troisième dispositif de transcodage 13, 31 est néces- saire pour faire communiquer les réseaux R1 et R3. La figure 3 représente schématiquement les trames en fonction du temps pour un segment de parole aux quatre débits indiqués ci-dessus: 8000 bits/s, 2400 bits/s. 4800 bits/s et 9600 bits par seconde. Bien entendu la trame a toujours la même durée, 22.5 ms, et permet de transmettre respectivement 18 bits, 54 bits, 108 bits ou 216 bits. On a montré à titre d'exemple comment ces trames étaient utilisées pour transmettre les paramètres caractéristiques men- tionnés ci-dessus A 800 bits/s, le filtre n'est pas transmis sous forme explicite, mais par l'indice d'un filtre IF préétabli choisi comme le plus proche du filtre calculé, dans un dictionnaire de 1024 filtres. De plus, pour réduire le débit de données à transmettre, des super-trames composées de 3 trames de 22.5 ms sont formées en effectuant un codage différentiel inter-trames des mesures de l'énergie EM, EM2, EM3 de ces trois trames et des périodes de "Pltch", P1, P2, P3. Chaque super-trame comporte donc 1 e.b de synchronisation, les indices des filtres transmis sur 10 bits, 26 1502?5 soit 30 bits pour la super-trame. L'énergie et la période de "Pitch" mesurées EM et P, sont codées par le codage différentiel sur 3 trames qui conduit à 11 e.b pour les valeurs d'énergie codées (EM EM2 EM3)ci' à 9 e. b pour les périodes (P1, P2, P3)c.i et à 3 e.b indicateurs de voisement il, i2, i3 1'2' 3' A 2400 bits/s, pour une trame voisée, après 1 e.b de synchronisation SY, le filtre est transmis explicitement dans un champ F de 41 e.b, un champ de 5 e.b. est prévu pour transmettre une mesure de l'énergie EM dans la trame, un champ P de 7 e. b permet de transmettre la période de Pitch et 1 e.b indique si le segment de parole considéré est voisé ou non voisé. La répartition des bits pour les trames non voisées est légèrement différente. A 4800 bits/s et à 9600 bits/s, après 1 e.b de synchronisation SY le filtre est transmis explicitement comme dans le 2400 bits/s F(41 bits), l'énergie dans la trame est transmise dans un champ E (et non plus seulement une mesure de cette énergie) et la période de Pitch dans un champ P. De plus un champ impulsions I permet de coder la position de l'amplitude d'impulsions correctrices. La figure 4 représente le schéma fonctionnel des opérations de transcodage du dispositif programmable multidébits selon l'invention. On a représenté les différents débits possibles lors de l'analyse, côté émetteur, et les différents débits possibles lors de la synthèse, côté récepteur. Les différentes étapes de transcodage nécessaires ont été indiquées dans ce schéma fonctionnel. Bien entendu, lorsque le débit de l'émetteur et celui du récepteur sont identiques, Il n'y a aucun transcodage à faire et le dispositif de transcodage est transparent. Pour passer d'un débit 800 bits/s à un débit 2400 bits/s, le transcodage 1 consiste, en faisant appel au dictionnaire des filtres, 2, à transformer l'indice du filtre IF en coefficients explicites du filtre désigné par cet indice, F, et à décoder les champs (EM, P)c.i codés inter- trames, pour transmettre, pour chaque trame, une mesure de l'énergie EM et une valeur de période Pitch P. Les paramètres sont alors au format 2400 bits. Le récepteur n'a plus qu'à les transmettre en série à ce débit. Pour passer du débit 800 bits par seconde à un débit supérieur à 2400 bits par seconde, le champ I. est utilisé pour insérer dans la trame un code prédéterminé I (référence 3 sur la figure 4), qui signale que la liaison a transité via un vocodeur à débit inférieur ou égal à 2400 bits/s et que donc, l'information relative aux impulsions n'a jamais existé ou a été perdue si la liaison, partant initialement d'un vocodeur à débit plus élevé a transité par un réseau à plus bas débit. Ce code préétabli a un format adapté au débit à transmettre. Le jeu de paramètres est alors au format nécessaire, soit (F, E, P, 1, I)4800,' (F, E, P, 1,I) 9600 ou (F, E, P, 1, I)16000 avec dans les trois cas I = I au format nécessaire. o Inversement, pour passer d'une liaison à 2400 bits/s à une liaison à 800 bits/s, il est nécessaire, en faisant appel au dictionnaire des filtres 2, de rechercher quel est l'indice IF du filtre du dictionnaire le plus proche de celui dont les coef- ficients sont présents dans le champ F, et de coder la mesure de l'énergie EM et la période Pitch P différentiellement sur trois trames pour obtenir les paramètres caractéristiques d'un vocodeur 800 bits/s, soit (IF, (EM,P)cl,i)800. C'est la phase représentée en 4 sur la figure 4. Pour passer d'un débit supérieur à 2400 bits/s à 2400 bits/s, il faut au contraire supprimer le champ I qui n'est plus utile, et ramener les valeurs de E et P par transcodage aux formats nécessaires. Puis, du format correspondant à 2400 bits, 1 est possible de se ramener au format 800 bits/s via l'opération de transcodage 4. Pour passer d'un débit supérieur à 2400 bits à un autre débit supérieur à 2400 bits par seconde la seule opération à effectuer est un transcodage du champ impulsion I pour que les impulsions, positions et amplitudes, soient codées de la même manière. Les opérations de transcodage correspondantes, 6 et 7 sur la figure 4, permettent de passer respectivement des trames 9600 et 16000 bits/s à une trame 4800 bits/s. De même les opérations de transcodage 8 et 9 permettent de passer respectivement des trames 4800 et 16000 bits/s à une trame 9600 bits/s, et les opérations de transcodage 10, 11 permettent de passer respectivement des trames 4800 et 9600 bits/s à une trame 16000 bits/s. Pour réaliser ces différentes opérations de transcodage, le dispositif de transcodage représenté sur la figure 5 comporte un circuit interface d'entrée série 100, programmable au débit côté réception, un processeur de traitement 110 avec' les mémoires nécessaires pour les différentes tables de transcodage, utiles aux opérations décrites ci-dessus en référence à la figure 4, ainsi que la mémoire 130 nécessaire au dictionnaire des filtres, et un circuit d'interface de sortie série 140 couplé au processeur et programmable au débit côté émission. La programmation du processeur pour réaliser les opérations décrites en référence à la figure 4 pour les différents débits possibles est à la portée de l'homme de l'art. Pour les liaisons en duplex, les ressources sont doublées. Sinon les circuits sont gérés en alternat, selon les procédures classiques dans cette technique. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. En particulier, il est possible d'utiliser l'invention non plus pour la transmission de parole, mais pour la transmission de tout type d'information numérisée dans des réseaux multIdébits, pourvu que l'information soit transmise au moyen de trames organisées en champs caractéristiques de jeux de paramètres, et que tous les paramètres essentiels puis- sent être transcodés d'une trame à un premier débit dans une trame à un autre débit. Ainsi ce système est applicable à la transmission d'ima- ges numérisées transmises à des débits différents pourvu que les mêmes paramètres essentiels soient exprimés dans des codes compatibles. L'avantage d'un tel dispositif est qu'il permet de trai- ter directement les données numériques sans faire une synthèse et un nouveau codage; ainsi la dégradation de qualité de la transmission n'est pas supérieure à celle qu'impose le codeur de plus bas débit Inséré dans la chaîne. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transcodage entre réseaux de transmission d'information dans lesquels les trames successives de données transmises à débits différents ont la même durée et transmettent un jeu de paramètres caractéristiques d'un segment -d'information à transmettre, la caractérisation et le format des différents paramètres étant variables selon le débit autorisé dans les réseaux, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'interface d'entrée (100) associé à des ressources mémoires (120, 130) contenant les tables de transcodage préétablies nécessaires au transcodage des différents paramètres d'une caractérisation et d'un format donné associés à un premier réseau selon une caractérisation et/ou un format éventuellement différents associés à un second réseau, et un circuit d'interface de sortie (140) programmable selon le débit du réseau récepteur, le processeur étant programmé pour réaliser les opérations de transcodage nécessaires à toutes les conversions de trames possibles. 2. Dispositif de transcodage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les réseaux étant des réseaux d'émetteurs-récepteurs utilisant des codeurs de parole à débits différents, toutes les trames comportent des jeux de paramètres associés à un même modèle du signal analogique de parole et correspondent à des segments de parole de durée fixée, indépendante du débit, le dispositif de transcodage assurant la conversion des trames aux différents débits des codeurs de parole. 3. Dispositif de transcodage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les codeurs de parole étant des codeurs à prédiction linéaire, un jeu de paramètres comporte toujours une information caractéristique d'un filtre représentant le conduit vocal (IF ou F), une information caractéristique de l'énergie dans le segment de parole codé, (EM ou E) la période du fondamental (P), et un indicateur de voisement (1), et peut également comprendre pour les plus forts débits une information caractéristique d'itrmpulsions correctrices, non essentielles lors de la synthèse, les informations essentielles étant toujours transcodées lorsque nécessaire, les autres étant supprimées lors d'un transfert vers un réseau qui n'utilise pas ce type d'informations. 4. Utilisation d'au moins un dispositif de transcodage selon l'une quelconque des revendications i à 3 dans un système de transmission multidébit.