Brevet FR2665807A1 — publié le 19920214

APPAREIL TELEPHONIQUE "MAIN LIBRE" La présente invention se rapporte à un appareil téléphonique à amplificateur de parole, plus communément dénommé appareil téléphonique "main libre". Un poste téléphonique "main libre" est un poste pour lequel un microphone sensible et un haut-parleur, tous deux associés à des amplificateurs à grand gain, sont intégrés au boitier de cet appareil, ce qui dispense l'usager du maintien d'un combiné à proximité immédiate de la bouche et de l 'oreille. Cette facilité d'utilisation est cependant compensée par une servitude, qui est la nécessité de converser en alternat, de manière à éviter les accrochages, tel que l'effet LARSEN, qui prendraient naissance dans le cas contraire, en raison des couplages acoustique, mécanique, et électrique entre les voies d'émission et de réception. Ce fonctionnement en alternat est, bien entendu, automatique, et de nombreux documents, tel que le document FR-A-2 518 854, en font une description détaillée Il s'agit dans cet art connu de dispositifs analogiques qui testent en permanence le niveau du signal émis et reçu respectivement, pour en déduire la voie qu'il convient de valider Cette voie est alors normalement transmise, sans atténuation autre que son atténuation propre, tandis que l 'autre est soumise à une forte atténuation, généralement de l'ordre de 40 à 50 d B pour fixer les idées Cette discrimination permet de déterminer la voie d'émission en début de conversation, puis de changer éventuellement de voie lorsque cette émission vient à S ' arrêter, même temporairement En cours d'émission, l'autre voie ne peut en principe pas être validée, même si elle est malencontreusement activée pour couper la parole à l'autre usager, puisqu' elle est de toute façon fortement atténuée. Le traitement analogique qui est mis en oeuvre dans ces dispositifs connus a pour inconvénient de ne pas permettre une détection et une comparaison assez rapides des signaux présents sur les voies émission et réception La prise de décision, qui nécessite dans ce cas une bonne vingtaine de millisecondes, est trop lente pour éviter que le début de la phrase correspondante ne soit tronqué, de sorte qu' il y a perte d' information à chaque début de conversation et à chaque fois qu' est effectuée la commutation d'un correspondant sur l'autre. En outre, ces réalisations par composants analogiques nécessitent un grand nombre de composants et une surface de circuit imprimé non négligeables, ce qui pénilise l 'encombrement et le prix de revient des appareils. L 'invention vise à remédier à ces inconvénients Elle se rapporte à cet effet à un appareil téléphonique destiné à la réception et à la transmission de la parole, tel que par exemple un poste téléphonique, cet appareil étant de type numérique et comportant de ce fait, et de manière généralement connue en soi, un microcontrôleur de traitement des données numériques et un circuit "COFIDEC" apte à assurer la conversion des données de parole analogiques en données de parole numériques et vice-versa, cet appareil téléphonique numérique comportant, afin qu'il puisse assurer la fonction téléphonique "main libre", un microphone et un haut- parleur avec leurs circuits d 'amplification associés et reliés par ce COFIDEC à ce microcontrôleur, des moyens de calcul numérique étant prévus pour faire déterminer en permanence par ce microcontrôleur une moyenne sur un nombre prédéterminé d' échantillons numériques successifs des signaux simultanément présents sur chaque voie, émission et réception, respectivement à leur entrée sur ce microcontrôleur, et pour en déduire la détermination de la voie qui doit être transmise sans atténuation, ou continuer à être transmise sans atténuation, et corrélativement celle qui doit être atténuée, des tables de valeurs, non- atténuées et atténuées respectivement, étant prévues en conséquence dans ce microcontrôleur. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation d'un poste téléphonique numérique "main libre", en référence au dessin 3- schématique annexé dans lequel: Figure 1 est un schéma synoptique de ce poste téléphonique; Figure 2 est un synoptique général de fonctionnement de sa fonction "main libre"; Figure 3 est un synoptique explicatif du mode de calcul de chaque somme d' échantillons successifs; Figure 4 est un synoptique explicatif du mode de calcul de chaque moyenne de ces mêmes échantillons, avec précaution contre les commutations de voies intempestives; Figure 5 est une représentation graphique destinée à faciliter la compréhension du mode de prise de décision sur la voie à atténuer; et Figure 6 est un synoptique explicatif de ce mode de prise de décision. En se reportant à la figure 1, il s'agit d'un poste téléphonique numérique de constitution générale en soi assez classique, et comportant: Un microcontrôleur 1 qui gère toutes les données numériques de parole qui transitent à travers le poste Il s'agit d'un organe logique de commande et de calcul qui comporte un microprocesseur de gestion ainsi qu'au moins une mémoire non-volatile "ROM" et au moins une mémoire volatile "RAM". Une interface numérique 2 entre la ligne téléphonique numérique 3 et ce microcontrôleur 1 Cette interface est reliée à ce microcontrôleur par deux voies unidirectionelles de transmission de signaux numériques de la parole, dont une voie de réception 4 et une voie d'émission 5. Une carte "Audio" 6 qui comporte les amplificateurs analogiques 7,8,9,10, relatifs respectivement au microphone 11 du combiné, à l'écouteur 12 de ce combiné, au microphone 13 qui est présentement incorporé au boitier pour la fonction "main libre", et au haut-parleur 14 qui est présentement incorporé à ce boitier pour cette fonction "main libre" En outre, cette carte 6 porte un circuit "COFIDEC" (Codage- Filtrage-Décodage) 15, c'est à dire un -4- circuit, en soi très classique pour les postes numériques, apte à assurer la conversion des données de parole analogiques en données de parole numérique et vice- versa Ce circuit COFIDEC 15 est connecté au microcontrôleur 1 par deux voies unidirectionnelles de transmission de signaux numériques de la parole, dont une voie émission 16 et une voie réception 17. En outre, un commutateur manuel 18 est relié à un des accès du microcontrôleur 1, afin de sélectionner manuellement soit la fonction "main-libre", soit la fonction "utilisation du combiné" A noter qu'un tel commutateur est classiquement prévu sur le clavier des postes "main-libre" analogiques de l'art connu. Les valeurs de la parole sont numérisées par l'intermédiaire du circuit COFIDEC Celui-ci code par exemple les échantillons successifs selon une loi de compression, les plus connues étant celle dite de type "A" présentée ici ou encore celle dite de type mu Les données sont présentées sur le bus de l'interface "ligne" 2 (c'est-à-dire le bus comprennant les voies 4 et 5) toutes les 125 microsecondes. En exploitation avec le combiné, le microcontrôleur 1 est transparent: il restitue fidèlement les données fournies par le COFIDEC et par la ligne téléphonique En mode main-libre au contraire, il traite ces signaux numériques afin de prendre une décision de commutation apte à privilégier, conformément au principe de conversation en alternat, la voie émission OU la voie réception. Le poste téléphonique de la Figure 1 fonctionne donc, à l'instar des postes analogiques de l'art connu, en alternat, selon donc le même principe général, mais réalisé en mode numérique et avec quelques particularités, tel qu'il sera maintenant expliqué en référence aux figures 2 à 6. Le fonctionnement général de ce poste numérique en module main-libre est représenté en Figure 2 sous forme d'algorithme. Le microcontrôleur teste d'abord la position du commutateur 18. Si ce dernier n'est pas en mode main-libre, le poste fonctionne en poste numérique classique à l'aide du combiné à microphone 11 et écouteur 12. - Si au contraire ce commutateur 18 est en position main-libre, le microcontrôleur effectue des additions successives des échantillons numérisés de parole, disponibles toutes les 125 microsecondes par exemple, qui sont présents aux entrées respectives d'émission 16 et de réception 4 du microcontrôleur 1 Une somme est effectuée à chaque fois sur seize échantillons successifs et de même façon sur les deux voies 16 et 4 La manière particulière dont une telle somme est effectuée est schématisée en Figure 3 et sera détaillée ci-après. Lorsque cette somme est disponible sur la voie considérée, le microcontrôleur 1 en déduit la moyenne relative à ces 16 échantillons, tout en prenant, comme on le verra lors de l'explication de la figure 4, une précaution spéciale afin d'éviter une commutation intempestive des voies entre les mots d'une même phrase, ce qui aurait pour résultat de "hacher" la conversation Les deux moyennes (une sur chaque voie) étant déterminées, le microcontrôleur effectue, selon le procédé qui sera expliqué ci-après en référence aux figures 5 et 6, la prise de décision sur la voie qui doit seule être validée ( voie émission OU voie réception) et la mise en oeuvre numérique des atténuations qui doivent en conséquence être appliquées sur les deux voies: dans cet exemple O d B sur la voie validée et 36 d B sur la voie non-validée. Ceci étant effectué, les différents compteurs du microcontrôleur sont réinitialisés et les sommations d'échantillons sur les deux voies sont à nouveau mises en route. La figure 3 représente, sous forme d'algorithme, le calcul des amplitudes moyennes des signaux émission et réception, le procédé de calcul étant le même pour ces deux voies Les échantillons, arrivant toutes les 125 microsecondes, sont complémentés de manière à obtenir les valeurs codées compressées sans inversion conformément à la loi particulière de codage du circuit COFIDEC (loi de compression dite de type "A") Ils sont rendus positifs par mise à 1 du bit de poids le plus fort, puis sommés jusqu'à concurrence de 16 échantillons Cette somme divisée par 16 devient la moyenne de la voie scrutée A noter que ce nombre 16 est particulièrement 6 - avantageux car il permet une bonne évaluation de la moyenne du signal tout en étant très pratique à mettre en oeuvre par programmation Cette somme étant disponible toutes les 2 millisecondes ( 16 échantillons successifs apparaissant chacun toutes les 125 microsecondes), ce module main-libre est apte à valider 1 'une des deux voies toutes les 2 millisecondes environ, ce qui est dix fois plus rapide que les dispositifs analogiques de l'art connu. Cette sommation étant effectuée sur chaque voie, la figure 4 montre comment est calculée la nouvelle moyenne NM en fonction de la moyenne précédemment calculée MP. On sait en effet que, du moins en langue française, l'amplitude de la parole subit une atténuation considérable en fin de mot En l'absence de précaution particulière, il pourrait arriver que le son sur 1 'autre voie, bien qu' il soit atténué par le principe du fonctionnement en alternat, devienne plus intense que celui exprimé en fin de mot sur la voie qui parle: il y aurait alors commutation malencontreuse sur cette autre voie, avec pour résultat un "hachage" de la conversation téléphonique. Pour éviter ce phénomène, le calculateur détermine (figure 4) si la somme qu'il vient de calculer sur ces 16 échantillons est, lorsqu'elle est divisée par 16, supérieure ou inférieure à la moyenne précédente MP Si elle est supérieure, c' est que 1 'on n' est pas en fin de mot, et la nouvelle moyenne NM est prise tout à fait normalement égale f cette somme divisée par 16 Si elle est inférieure, la parole est en train de chûter et, pour limiter cette décroissance, la nouvelle moyenne est prise égale à la moyenne précédente MP diminuée seulement d'une unité: on instaure ainsi artificiellement un temps de maintien du niveau entre les mots, ce qui évite le phénomène de "hachage" précité. Les deux moyennes, émission et réception, étant calculées de cette façon sur les deux voies, le calculateur détermine alors la voie à atténuer: c' est la phase finale de prise de décision et d' atténuation sur une des voies, qui sera maintenant explicitée en référence aux figures 5 et 6. -7- La figure 5 est un graphique en coordonnées cartésiennes, avec les moyennes "Réception" ci-dessus définies portées en abscisses et les moyennes "Emission" portées en ordonnées. Ce graphique fait apparaître trois zones séparées par deux courbes 18,19 approximativement linéaires: Une zone d'émission E, dans laquelle la voie privilégiée, c'est-à- dire non atténuée, est la voie émission; Une zone réception R, dans laquelle la voie privilégiée est sans conteste la voie réception; Une zone d'hystérésis H, dans laquelle aucune commutation nouvelle n'est effectuée. En d ' autres termes, la zone E symbolise l'activation de la voie Emission, la zone R l'activation de la voie Réception, et la zone H une zone qui privilégie la voie validée par rapport à celle atténuée et qui est délimitée par deux courbes de transition: réception vers émission et émission vers réception. En outre, dans la zone des faibles moyennes, deux valeurs de seuil Se et Sr délimitent une différence de mode de traitement de l'opération de prise de décision. Cette prise de décision est schématisée sur la figure 6 sous forme d'algorithme: On teste tout d 'abord les niveaux (moyennes calculées), pour savoir si l'on se trouve dans la zone de faibles niveaux délimitée par Se et Sr Si la réponse est OUI, le traitement est le suivant (partie gauche du synoptique de la figure 6, pour lequel les variables Rmoy et Emoy représentent les moyennes en réception et émission codées sur 8 bits et variant donc de O à 255 niveaux): Si la variable Rmoy est supérieure à 2 fois la variable Emoy plus l'unitér le mode réception est validé, c'est-à-dire n'est pas atténué, et le mode émission est inhibé, c 'est-à-dire est atténué de (dans cet exemple) 36 d B. A noter que la transparence d 'une voie et l'atténuation de l'autre est effectuée numériquement par l'intermédiaire de tables prévues en conséquence dans la mémoire non-volatile, ou "ROM", du 8 - microcontrôleur Le COFIDEC 15 fournit 127 niveaux positifs et négatifs, répartis selon la loi de codage "A" précitée Cette loi est connue mathématiquement, et il est aisé de déterminer la correspondance entre la valeur du signal analogique et le code fourni ou reçu par le COFIDEC On calcule en conséquence deux tables de telle sorte que les valeurs venant de la ligne ou du COFIDEC indiquent au microcontrôleur le saut dans la table d' atténuation choisie Ainsi, le code extrait de la table représente le code de la valeur atténuée de O ou de 36 d B. Si à contrario cette variable Rmoy n'est pas supérieure à 2 Emoy+ 1, il faut savoir si l'on est ou non dans la zone d ' hystérésis La variable Emoy est alors comparée à la valeur 4 Rmoy+ 5 Si elle lui est supérieure, c'est qu'on est bien dans la zone d' hystérésis, et il n'y a en conséquence pas de changement Si elle lui est inférieure, il y a commutation en mode émission, et la voie émission n'est pas atténuée, tandis que la voie réception est atténuée de 36 d B grâce aux tables numériques précitées. Si maintenant les deux niveaux ne sont pas inférieurs aux seuils Se et Sr, le traitement (partie droite de la figure 6) est semblable à celui qui vient d'être décrit, mais la valeur " 2 Emoy+ 1 " est remplaçée par " 2 Emoy" tandis que la valeur " 4 R Moy+ 5 " est remplaçée par " 6 Rmoy". Après la prise de décision, l'ensemble est réinitialisé comme indiqué au bas de la figure 6, et toutes ces opérations numériques peuvent recommencer en vue d'une nouvelle prise de décision sur les 16 échantillons suivants. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d' être décrit Elle s'applique bien au contraire à d ' autres réalisation numériques équivalentes, qu' elles soient plus sophistiquées ou non Par "appareil téléphonique", on entend aussi bien un poste téléphonique proprement dit que tout autre terminal téléphonique apte à recevoir et à transmettre la parole, tel que par exemple un répondeur. 9 - REVENDICATIONS 1 Appareil téléphonique destiné à la réception et à la transmission de la parole, tel que par exemple un poste téléphonique, cet appareil étant de type numérique et comportant de ce fait, et de manière généralement connue en soi, un microcontrôleur ( 1) de traitement des données numériques et un circuit "COFIDEC" ( 15) apte à assurer la conversion des données de parole analogiques en données de parole numériques et vice-versa, caractérisé en ce qu'il comporte, afin qu'il puisse assurer la fonction téléphonique "main libre", un microphone ( 13) et un haut-parleur ( 14) avec leurs circuits d'amplification ( 7 à 10) associés et reliés par ce COFIDEC à ce microcontrôleur, des moyens de calcul numérique étant prévus pour faire déterminer en permanence par ce microcontrôleur une moyenne sur un nombre prédéterminé d'échantillons numériques successifs des signaux simultanément présents sur chaque voie, émission et réception, respectivement à leur entrée ( 16 et 4) sur ce microcontrôleur, et pour en déduire la détermination de la voie qui doit être transmise sans atténuation, ou continuer à être transmise sans atténuation, et corrélativement celle qui doit être atténuée, des tables de valeurs, nonatténuées et atténuées respectivement, étant prévues en conséquence dans ce microcontrôleur. 2 Appareil téléphonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce nombre prédéterminé d'échantillons successifs est choisi égal à 16. 3 Appareil téléphonique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu une procédure de maintien de niveau entre deux mots successifs afin d 'éviter un commutation intempestive de voies entre les mots d'une même phrase. 4 Appareil téléphonique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la prise de décision de commutation de voies est prise en fonction de la position du point représentatif, en coordonnées cartésiennes, des moyennes (Emoy et Rmoy) des voies émission et réception, dans trois zones, dont une zone d'hystérésis - (H) séparant une zone (E) de commutation sur la voie émission et une zone (R) de commutation sur la voie réception. Appareil téléphonique selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans la zone des faibles moyennes, deux valeurs de seuil (Se,Sr) délimitent une différence de mode de traitement de l'opération de prise de décision. 6 Appareil téléphonique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la prise de décision est prise de la façon suivante: on teste tout d'abord les niveaux (moyennes calculées), pour savoir si l 'on se trouve dans la zone de faibles niveaux délimitée par lesdits seuils (Se et Sr); si la réponse est OUI, le traitement est le suivant: si la variable Rmoy est supérieure à 2 fois la variable Emoy plus l'unité, le mode réception est validé, c'est-à-dire n'est pas atténué, et le mode émission est inhibé, c ' est-à-dire est atténué, si à contrario cette variable Rmoy n' est pas supérieure à 2 Emoy+ 1, il faut savoir si l'on est ou non dans la zone d 'hystérésis,et la variable Emoy est alors comparée à la valeur 4 Rmoy+ 5: si elle lui est supérieure, c'est qu'on est bien dans la zone d'hystérésis, et il n'y a en conséquence pas de changement, tandis que si elle lui est inférieure, il y a commutation en mode émission, et la voie émission n'est pas atténuée, tandis que la voie réception est atténuée; si maintenant les deux niveaux ne sont pas inférieurs aux seuils (Se et Sr), le traitement est semblable à celui qui vient d'être décrit, mais la valeur " 2 Emoy+ 1 " est remplaçée par " 2 Emoy" tandis que la valeur " 4 R Moy+ 5 " est remplaçée par " 6 Rmoy".