Brevet FR2628912A1 — publié le 19890922

( RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication: 2 628 912 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE D) No d'enregistrement national 89 03551 PARIS ( Int Cl': H 04 B 14/04; H 03 M 7/38. DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 Date de dépôt: 17 mars 1989. Q Demandeur(s): Société dite: SONY CORPORATION.- JP. ( Priorité: JP, 17 mars 1988, n 65192/88. ( Inventeur(s): Naoto Iwahashi et Kenzo Akagiri. Sony Corporation. Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 38 du 22 septembre 1989. (i Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: rné Titulaire(s) (Y Mandataire(s): Cabinet Beau de Loménie. ( Appareil de traitement de signal numérique. ( L'invention concerne les techniques de traitement de signal. Un appareil de traitement de signal numérique comprend un filtre prédictif sélectif 101 qui réagit à un signal d'entrée S. en '' -. émettant un signal résiduel prédictif, un filtre prédictif adaptatif,.' L 102 qui réagit au signal résiduel prédictif en émettant un.,e,.."!? I, C ' signal résiduel prédictif optimal, et des moyens de requantifi- "' " ' 1 ' ':-".. cation 108 destinés à requantifier et à émettre le signal. . m résiduel prédictif optimal. Application à la compression de l'information pour l'enregis- trement, la reproduction et la transmission d'un signal audio. I N N DV N a: ILL D Vente des fascicules a rIMPRIMERIE NATIONALE. 27, rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention concerne un appareil de traite- ment d'un signal numérique, et elle porte plus particulièrement sur un appareil de traitement de signal numérique employant un procédé de codage prédictif qui convient pour l'enregistrement, la reproduction et la transmission de haute qualité de signaux tels qu'un signal audio. On connaissait précédemment un appareil de traitement de signaux numériques employant un procédé de codage prédictif adaptatif (CPA). Dans un appareil de codage prédictif à action directe, on obtient un signal résiduel prédictif optimal qui est une différence entre un signal d'entrée et un signal de sortie d'un filtre prédictif adaptatif auquel le signal d'en- trée est appliqué. Au contraire, dans un appareil de codage prêdictif à rétroaction, bien qu'on obtienne un signal résiduel prédictif optimal'qui est une différence entre un signal d'en- trée et un signal de sortie d'un filtre prédictif adaptatif, on applique au filtre prédictif adaptatif, en tant que signal d'entrée, la somme du signal résiduel prédictif optimal et du signal de sortie de ce filtre prédictif. Dans l'un ou l'autre de ces appareils, les filtres prédictifs adaptatifs sont conçus de façon à changer leurs ca- ractéristiques en fonction de la forme spectrale du signal d'entrée avec un intervalle de temps prédéterminé, et les pa- ramètres représentatifs des caractéristiques des filtres sont transmis conjointement au signal résiduel prédictif optimal ou à son signal requantifié. On a donc été confronté à une difficulté consistant en ce que la quantité d'information à transmettre est augmentée de la quantité correspondant:aux paramètres qui représentent les caractéristiques du filtre, ce qui a pour effet de réduire de façon correspondante l'efficacité de la transmission. Pour résoudre ce problème, il a été proposé un appa- reil dit de codage prédictif sélectif, dans lequel il existe un ensemble de filtres prédictifs ayant des caractéristiques de filtre prédéterminées et mutuellement différentes, de façon à permettre l'utilisation sélective d'un filtre prédictif optimal parmi les filtres existants. Avec cet appareil, on peut trans- mettre un signal pour sélectionner un filtre prédictif, au lieu des paramètres précités, représentatifs des caractéristiques du filtre, ce qui permet d'améliorer de façon correspondante l'ef- ficacité de la transmission. Il est cependant apparu une difficulté concernant l'utilisation du filtre prédictif sélectif, qui consiste en ce que la qualité du son du signal vocal qui est obtenu par déco- dage du signal de transmission devient inférieure à celle du signal obtenu en utilisant le filtre prédictif adaptatif. L'invention vise donc à procurer un nouvel appareil pour le traitement d'un signal numérique, dans lequel le pro- blème précité soit résolu, et un but principal de l'invention est donc de proposer un appareil de traitement de signal numé- rique qui soit capable d'effectuer une transmission très effi- cace, en évitant une dégradation de la qualité du son. Conformément à l'invention, un appareil.de traitement de signal numérique comprend un premier filtre prédictif qui réagit à un signal d'entrée en émettant un signal résiduel pré- dictif, un second filtre prédictif qui réagit au signal rési- duel prédictif en émettant un signal résiduel prédictif opti- mal, et des moyens destinés à émettre le signal résiduel pré- dictif optimal,dazns leqoell'un des premier et second filtres pré- dictifs consiste. en un filtre sélectif, tandis que l'autre est un filtre adaptatif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique montrant un pre- mier mode de réalisation d'un appareil de traitement de signal numérique conforme à l'invention; La figure 2 est un schéma synoptique montrant un se- cond mode de réalisation de cet appareil; La figure 3 est un schéma synoptique montrant un troi- sième mode de réalisation de cet appareil; et La figure 4 est un schéma synoptique montrant un qua- trième mode de réalisation de cet appareil. En considérant tout d'abord la figure 1, on voit un appareil de traitement de signal numérique du type à action di- recte, 100, qui est conçu de façon à utiliser un filtre prédic- tif sélectif 101 et un filtre prédictif adaptatif 102. Plus précisément, un signal numérique d'entrée SIest appliqué à un sélecteur de filtre prédictif 103, et ce dernier produit un signal de sélection SN pour la sélection parmi un ensemble de filtres prédictifs qui constituent le filtre pré- dictif sélectif 101. Le filtre prédictif sélectif 101 est conçu de façon qu'un filtre prédictif parmi un ensemble de filtres prédictifs composant le filtre prédictif sélectif 101 soit sélectionné sous la dépendance du signal de sélection SN, de façon qu'un signal résiduel prédictif Szl soit obtenu par l'intermédiaire d'un soustracteur 104. Lorsqu'un analyseur prédictif linéaire 105 reçoit le signal résiduel prédictif SZ1, il émet un signal de paramètre Sp, pour changer la caractéristique de filtre du filtre prédic- tif adaptatif 102. Le filtre prédictif adaptatif 102 réagit au signal de paramètre Sp en changeant sa caractéristique de filtre, et il en résulte qu'on peut obtenir, par l'intermédiaire d'un soustracteur 106, un signal résiduel prédictif optimal SZ2 qui est optimisé conformément à la forme spectrale du signal numé- rique d'entrée SI. En outre, dans l'appareil de traitement de signal numérique 100, le signal résiduel prédictif optimal SZ2 est requantifié pour donner un signal dtransmission SL1 ayant un nombre de bits prédéterminé, et cette opération s'effectue au moyen d'un soustracteur 107 et d'un requantificateur 108. On fait passer le signal de transmission SL1 par un requantificateur inverse 109, ayant une caractéristique inverse de celle du requantificateur 108, et on l'applique à un sous- tracteur 110, auquel on applique également le signal d'entrée qui est appliqué au requantificateur 108. Il existe en outre un filtre prédictif sélectif 111 ayant la même caractéristique que le filtre prédictif sélectif 101, et un filtre prédictif adaptatif 112 ayant la mnme carac- téristique que le filtre prédictif adaptatif 102, grace à quoi un signal de différence SZ3, qui est obtenu à partir du sous- tracteur 110, est appliqué à un soustracteur 113 et au filtre prédictif adaptatif 112. Le filtre prédictif adaptatif 112 applique son signal de sortie à un soustracteur 107, par l'intermédiaire d'un ad- ditionneur 114, et il applique également son signal de sortie au soustracteur 107 par l'intermédiaire du soustracteur 113, auquel est également appliqué le signal de différence SZ3, ainsi qu 'au filtre prédictif sélectif 111 et à l'additionneur 114. Le filtre prédictif sélectif 111, le filtre.prédictif adaptatif 112, le soustracteur 113 et l'additionneur 114 sont donc mutuellement associés pour constituer un filtre ayant la même caractéristique que le filtre prédictif sélectif 101 et le filtre prédictif adaptatif 102, pour extraire le signal ré- siduel prédictif optimal SZ2 à partir du signal numérique d'en- trée SI. Avec la configuration qui est décrite, on réalise l'optimisation du signal résiduel prédictif optimal SZ2, dans un signal de transmission SL1 obtenu par l'intermédiaire du requantificateur 108, ce qui fait que la compression du signal peut être effectuée sans aucune dégradation de la qualité du son, et il est possible de réaliser une transmission avec une efficacité de transmission élevée. D'autre part, le signal de transmission reçu SL1 est appliqué à un requantificateur inverse 120, et le signal qui requantifié par le requantificateur 108 est rétabli sous la for- me d'un signal correspondant à la plage d'origine, par un trai- tement identique à celui qui est effectué dans le requantifica- teur inverse 109. Le signal est transmis par un additionneur 125, ce qui donne un signal de sortie SI similaire au signal SI qui est appliqué au codeur, et ce signal SI est appliqué à l'additionneur 125 par l'intermédiaire d'un filtre prédictif sélectif 121, d'un filtre prédictif adaptatif 122, d'un sous- tracteur 123 et d'un additionneur 124, ayant la même configura- tion que dans le codeur qui est formé par le filtre prédictif sélectif 111, le filtre prédictif adaptatif 112, le soustrac- teur 113 et l'additionneur 114, grace à quoi on accomplit une opération de décodage. La commutation du filtre prédictif sé- lectif 121 et du filtre prédictif adaptatif 122 est effectuée conformément au signal de sélection SN et au signal de paramè- tres Sp qui sont reçus. La commutation des filtres prédictifs sélectifs 101, 111, 121 et des filtres prédictifs adaptatifs 102, 112, 122, ainsi que la commutation de la plage pour le requantificateur 108 et les requantificateurs inverses 109, 120, peuvent être effectuées pour chaque bloc constitué par un nombre d'échan- tillons prédéterminé. Du fait de la configuration décrite ci-dessus, il devient possible de réduire le nombre de filtres du filtre pré- dictif sélectif 101, par rapport à la configuration antérieure, et, en outre, du fait que le signal d'entrée qui est appliqué au filtre prédictif adaptatif 102 est le signal résiduel Szl, il devient possible de réduire considérablement l'ordre du filtre prédictif-adaptatif 102 (c'est-à-dire le nombre de pri- ses des lignes à retard qui constituent le filtre). La quantité de données du signal de sélection SN et du signal de paramètres Sp peuvent donc être notablement inférieures à ce qu'elles sont dans le cas o on n'utilisait que le filtre prédictif adaptatif, et si on utilise la même quantité de données que précédemment, les caractéristiques de transmission du signal peuvent être fortement-améliorées. Dans des expériences effectuées en utilisant seule- ment un filtre prédictif adaptatif du quatrième ordre avec des paramètres pour chaque ordre transmis avec 16 bits, 8 bits, 8 bits et 8 bits, il a été difficile de décoder complètement des consonnes de signaux vocaux. Au contraire, lorsqu'en plus d'un filtre prédictif adaptatif, on a employé un filtre prédictif sélectif formé par un seul filtre prédictif, en faisant en sorte qu'un signal ré- siduel obtenu par ce filtre prédictif sélectif et un signal résiduel obtenu en sautant ce filtre prédictif sélectif (qui dans le cas présent est le3signal numérique d'entrée SI) soient convertis sélectivement en un signal résiduel prédictif SZl, il a été possible de décoder complètement le signal vocal en ne transmettant qu'un bit supplémentaire pour le signal de sélec- tion SN. On décrira un second mode de réalisation en se réfé- rant à la figure 2. Dans le cas de ce circuit de traitement de signal numérique à action directe 100', le signal numérique d'entrée SI est tout d'abord appliqué à un filtre prédictif I adaptatif 102, et le signal résiduel prédictif SZ1 qui en ré- sulte est appliqué à un filtre prédictif sélectif 101, pour obtenir ainsi le signal résiduel prédictif optimal S 2. Ainsi, les filtres prédictifs sélectifs 101, 111 et 121 et les filtres prédictifs adaptatifs 102, 112 et 122 sont mutuellement permutés par rapport à la configuration du mode de réalisation de la figure 1. Le second mode de réalisation permet d'obtenir des résultats identiques à ceux obtenus dans le cas du premier mode de réalisation. Dans les premier et second modes de réalisation, on peut échanger mutuellement le filtre prédictif adaptatif 112 et le filtre prédictif sélectif 111. On décrira un troisième mode de réalisation en se référant à la figure 3. Dans un appareil de traitement de si- gnal numérique 200 d'un type à rétroaction, un signal numérique d'entrée SI est appliqué à un sélecteur de filtre prédictif 203, grace à quoi on obtient un signal de sélection SN pour ef- fectuer une sélection entre un ensemble de filtres prédictifs qui forment des filtres prédictifs sélectifs 201 et 211. Dans le filtre prédictif sélectif 201, la commutation d'un ensemble de filtres prédictifs qui constituent ce filtre est effectuée conformément au signal de sélection SN, et on obtient ainsi un signal résiduel prédictif Sz1 par l'intermé- diaire d'un soustracteur 204. A la réception du signal résiduel prédictif Szi, un analyseur prédictif linéaire 205 émet un signal de paramètres Sp, pour commuter les caractéristiques de filtre d'un filtre prédictif adaptatif 212. D'autre-part, le signal numérique d'entrée S. passe par un soustracteur 207, dans lequel un signal de sortie d'un filtre prédictif à rétroaction qu'on décrira ultérieurement est soustrait du signal d'entrée, de façon à donner un signal résiduel prédictif optimal SZ4. Ce signal résiduel prédictif optimal SZ4 est transmis par un requantificateur 208, et il est ainsi requantifié pour donner un signal de transmission SL1 ayant un nombre de bits prédéterminé. Ce signal de transmission SL1 est appliqué au filtre prédictif sélectif 211 par l'intermédiaire d'un requantifica- teur inverse 209 et d'un additionneur 210. Dans le filtre pré- dictif sélectif 211, la commutation d'un ensemble de filtres prédictifs qui constituent ce filtre est effectuée conformément au signal de sélection SN, grâce à quoi on obtient un signal résiduel prédictif SZ5, par l'intermédiaire d'un soustracteur 213 auquel le signal de sortie de l'additionneur 210 est ap- pliqué. Le signal résiduel S5 est appliqué au filtre prédic- Z5 tif adaptatif 212. Le filtre prédictif adaptatif 212 change ses caractéristiques de filtre sous la dépendance du signal de paramètres Sp. Le signal de sortie de ce filtre est additionné avec le signal de sortie du filtre prédictif sélectif 211 dans un additionneur 214, et la somme est appliquée au soustracteur 207, grace à quoi on obtient le signal résiduel prédictif opti- mal SZ4, optimisé conformément à la forme spectrale du signal numérique d'entrée SI. Simultanément, le signal de sortie de l'additionneur 214 est renvoyé vers l'additionneur 210. D'autre part, le signal de transmission reçu SL1 est Ll appliqué à un requantificateur inverse 220, dans lequel le si- gnal requantifié par le requantificateur 208 est reconverti sous la forme du signal de la plage d'origine, par un traite- ment identique à celui qui est effectué dans le requantifica- teur inverse 209. Le signal passe par un additionneur 225, dans lequel lui est ajouté le signal de sortie du filtre pré- dictif adaptatif 222, et la somme passe en outre par un addi- tionneur 226, dans lequel lui est ajouté le signal de sortie d'un filtre prédictif sélectif 221, ce qui fait qu'on obtient un signal de sortie SI similaire au signal numérique d'entrée SI qui est appliqué à l'entrée du décodeur. Le filtre prédictif adaptatif 222 et le filtre pré- dictif sélectif 221 sont respectivement commutés conformément au signal de paramètres Sp et au signal de sélection SN qui sont reçus. Dans ce mode de réalisation également, on peut obte- nir des effets similaires à ceux obtenus dans les premier et second modes de réalisation. On décrira un quatrième mode de réalisation en se référant à la figure 4. Dans un appareil de traitement de si- gnal numérique 200' d'un type à rétroaction, un signal numé- rique d'entrée SI passe par un analyseur prédictif linéaire 205, qui produit un signal de paramètres Sp pour la commutation de caractéristiques de filtre des filtres prédictifs adaptatifs 202, 212. Le filtre prédictif adaptatif 202 change ses caracté- ristiques de filtre sous la dépendance du signal de paramètres 262891? Sp, et il fournit un signal résiduel prédictif Si par l'in- termédiaire d'un soustracteur 204. A la réception du signal résiduel prédictif Si, le sélecteur de filtre prédictif 203 fournit un signal de sélec- tion SN, pour la sélection parmi un ensemble de filtres pré- dictifs qui constituent le filtre prédictif sélectif 211. Dans le mode de réalisation présent, le filtre pré- dictif sélectif 211 et le filtre prédictif adaptatif 212 sont mutuellement permutés, en comparaison avec le troisième mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation également, on peut obte- nir les mêmes effets que dans les premier, second et troisième modes de réalisation. En outre, dans chacun des troisième et quatrième mo- des de réalisation, on peut permuter le filtre prédictif adap- tatif 212 et le filtre prédictif sélectif 211. Dans chaque combinaison, on peut faire en sorte que les caractéristiques du filtre prédictif sélectif 111 et du filtre prédictif adaptatif 112, et les caractéristiques du filtre prédictif sélectif 101 et du filtre prédictif adaptatif 102, soient mutuellement différentes. Dans le type à action directe, il n'est pas nécessai- re d'incorporer le filtre prédictif sélectif 111 et le filtre prédictif adaptatif 112, auquel cas le requantificateur inverse 109, les soustracteurs 110, 113 et les additionneurs 107, 114 deviennent inutiles. En outre, dans les modes de réalisation ci-dessus, on peut permuter.. mutuellement le filtre prédictif sélectif 221 et le filtre prédictif adaptatif 222 du côté de la récep- tion. Bien que dans le mode de réalisation ci-dessus, on ait décrit le cas dans lequel le signal numérique d'entrée a été transmis après avoir été requantifié, l'invention n'est pas limitée à ce cas, et peut être appliquée de façon générale à des cas dans lesquels le signal numérique d'entrée est enre- gistré et reproduit après avoir fait l'objet d'une compression d'information. Conformément à l'invention et comme décrit ci-dessus, en appliquant un codage prédictif au signal d'entrée, au moyen du filtre prédictif sélectif et du filtre prédictif adaptatif, on peut transmettre le signal numérique d'entrée avec une effi- cacité de transmission élevée, en évitant une détérioration de la qualité du son. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et repré- sentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de traitement d'un signal numérique carac- térisé en ce qu'il comprend: un premier filtre prédictif (101) qui réagit à un signal d'entrée (SI) en émettant un signal ré- siduel prédictif (Szi); un second filtre prédictif (102) qui réagit au signal résiduel prédictif (Szi) en émettant un signal résiduel prédictif optimal (Sz2); et des moyens pour émettre le signal résiduel prédictif optimal, l'un des premier et second filtres prédictifs (101, 102) étant un filtre sélectif et l'au- tre un filtre adaptatif. 2. Appareil de traitement d'un signal numérique, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: un filtre prédictif sélectif (101) qui réagit à un signal d'entrée (SI) en émettant un si- gnal résiduel prédictif (Sz1); un filtre prédictif adaptatif (102) qui réagit au signal résiduel prédictif (Szi) en émettant un signal résiduel pridictif optimal (Sz2); et des moyens de requantification (108) destinés à requantifier et à émettre le signal résiduel prédictif optimal (Sz2). 3. Appareil de traitement d'un signal numérique, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: un filtre prédictif adaptatif (102) qui réagit à un signal d'entrée (SI) en émettant un si- gnal résiduel prédictif (Si'); un filtre prédictif sélectif (101) qui réagit au signal résiduel prédictif (Sil) en émettant un signal résiduel prédictif optimal (SZ2); et des moyens de requantification (108) destinés à requantifier et à émettre le signal résiduel prédictif optimal (S 2). 4. Appareil de traitement d'un signal numérique, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: un premier filtre prédictif sélectif (201) qui réagit à un signal d'entrée (SI) en émettant un signal résiduel prédictif (Sz1); un premier filtre prédictif adaptatif qui réagit au signal résiduel prédictif en détectant un signal résiduel prédictif optimal; un filtre constitué par un second filtre prédictif sélectif (211) ayant la même carac- téristique que le premier filtre prédictif sélectif, et un se- cond filtre prédictif adaptatif (212) ayant la même caractéris- tique que le premier filtre prédictif adaptatif, et formant une boucle de rétroaction; des moyens de requantification (208) destinés à requantifier et à émettre le signal de différence entre le signal d'entrée (SI) et le signal de sortie du filtre; et des moyens de requantification inverse (209) ayant une ca- ractéristique inverse de celle des moyens de requantification (208), pour requantifier le signal de sortie des moyens de re- quantification (208) et émettre le signal requantifié vers le filtre. 5. Appareil de traitement d'un signal numérique, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: un premier filtre prédictif adaptatif (202) qui réagit à un signal d'entrée (SI) en émet- tant un signal résiduel prédictif (SZi); un premier filtre prédictif sélectif qui réagit au signal résiduel prédictif en détectant un signal résiduel prédictif optimal; un filtre constitué par un second filtre prédictif sélectif (211) ayant la même caractéristique que le premier filtre prédictif sélec- tif, et par un second filtre prédictif adaptatif (212) ayant la même caractéristique que le premier filtre prédictif adapta- tif, et formant une boucle de rétroaction; des moyens de re- quantification (208) destinés à requantifier et à émettre le signal de différence entre le signal d'entrée (SI) et le signal de sortie du filtre; et des moyens de requantification inverse (209) ayant une caractéristique inverse de celle des moyens de requantification (208), pour requantifier le signal de sortie des moyens de requantification (208) et pour émettre le signal requantifié vers le filtre prédictif. ool 011 ftIpal0úI Ii úOl is 1 -'1 ao,,o1io, o 0 OIl901 I 'o1_- 0OO oo NS eo Od dS II ú01 ______ *Il/ an ZI ilS ú01 zol Ai e 6010IOZ; i o N zziAI O SGZIri,s=i O0ZI 80JOOI 901 0,1,,s/ / lO, 8o, +oo, o N dyaJP944*Opl o NSo NS N Zs 0 '., IOZ 01 ' ú -M4 u s, J,s n5 v, s Z LOZ S80Z ú '91 j- Ivvv O% Go dS o: ('J %0 "NS ú1O..Z 4 l.J' l L4.v t,,pv.l.v). 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