Brevet FR2682548A1 — publié le 19930416

Un procédé de correction d'échantillons dans un signal analogique échantillonné. L'invention concerne les techniques de correction d'erreurs de transmission de données, et en particulier celles utilisant un code de redondance pour détecter et/ou corriger des erreurs de transmission. Les codes correcteurs d'erreur tels que le code BCH, le code de Reed Salomon etc..., sont couramment utilisés pour transmettre des données numériques et font appel, pour leur mise en oeuvre, à une technologie essentiellement numérique par opposition à une technologie analogique. Ces dernières décennies, sont apparus les signaux analogiques échantillonnés constitués d'une suite d'impulsions modulées soit en amplitude (PAM), soit en largeur (PWM) ou encore en durée (PDM). De tels signaux analogiques échantillonnés se prêtent bien aux techniques de multiplexage et de compression. Parmi les signaux analogiques échantillonnés, ceux dont les impulsions sont modulées en amplitude sont particulièrement adaptés pour utiliser au maximum la dynamique d'amplitude du signal vidéo. La dynamique d'amplitude du signal vidéo permet ainsi de différencier aisément seize niveaux d'amplitude distincts, un échantillon pouvant coder un nombre exprimé sur quatre éléments binaires. De là sont nées des applications pour l'enregistrement de séquences sonores de très longues durées sur disque vidéo. Avec une période d'échantillonnage de 160 nanosecondes, il est possible d'insérer 320 échantillons de son par ligne dans une trame vidéo. Jusqu'à présent, de tels signaux analogiques échantillonnés devaient être numérisés et dénumérisés en amont ou en aval d'un canal de transport pour mettre en oeuvre des techniques de détection et/ou correction d'erreurs, telles que celles citées précédemment. Bien que les codes correcteurs numériques, par exemple un code à parité entrelacé par bloc, soient performants, efficaces et donnent satisfaction, leur mise en oeuvre dans une application telle que l'enregistrement de séquences sonores sur disque vidéo nécessite l'usage de technologies numériques coûteuses et consommatrices d'énergie. L'objet de l'invention est de proposer un procédé de correction d'échantillons dans un signal analogique échantillonné, les échantillons codant des données numériques dans lesquels la correction des échantillons erronés est réalisée sous forme entièrement analogique sans passage par la voie numérique, et met en oeuvre seulement des circuits analogiques simples et rapides tels que additionneurs, soustracteurs, échantillonneurs-bloqueurs et comparateurs. A cet effet l'invention concerne un procédé de correction d'échantillons dans un signal analogique échantillonné, les échantillons codant des données numériques, notamment des données de son, et le signal analogique échantillonné étant formé à partir des étapes suivantes: a) on dispose les données numériques sous la forme d'une matrice ayant n lignes et m colonnes; b) on somme, pour chaque ligne de la matrice, les données numériques appartenant à la ligne, pour former n sommes de lignes S1; c) on somme, pour chaque colonne de la matrice, les données numériques appartenant à la colonne, pour former m sommes de colonnes Sc; d) on somme les n sommes de lignes S1 et les m sommes de colonnes Scpour former une somme totale St; e) on constitue une trame de données numériques comprenant, dans l'ordre, la somme totale St, les sommes de colonnes Sc prises selon l'indice croissant des colonnes de la matrice, et successivement les séquences constituées chacune d'une somme ligne S1 et des données numériques appartenant à la ligne correspondante de la matrice, les sommes lignes étant prises selon l'indice croissant des lignes de la matrice; procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes f) on module par voie analogique, un signal à partir de la trame précédemment définie pour former le signal analogique échantillonné constitué d'échantillons utiles codant les données numériques et d'échantillons redondants codant la somme totale St, les sommes lignes S1 et les sommes colonnes Sc h) on prélève dans le signal reçu les échantillons redondants et les échantillons utiles pour former un premier syndrome à n éléments associés aux n sommes lignes S1, un second syndrome à m éléments associés aux m sommes colonnes Sc, et un troisième syndrome à un élément associé à la somme totale St, les premier, second et troisième syndromes étant formés en parallèle; i) on détecte et on localise un ou plusieurs échantillons utiles erroné(s) en comparant les n éléments du premier syndrome aux m éléments du second syndrome; j) on balaye, échantillon utile par échantillon utile, le même signal analogique échantillonné retardé d'un temps prédéterminé dans une ligne à retard pour corriger dans le signal analogique retardé le ou les échantillons utiles erronés localisés dans l'étape précédente, la correction d'un échantillon utile erroné consistant à soustraire de sa valeur, par voie analogique, la valeur de l'élément du second syndrome qui lui correspond. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description qui suit faite en référence aux figures. La figure 1 représente schématiquement une matrice de données numériques à transmettre; La figure 2 illustre l'agencement de la trame de données numériques transmise sous forme d'un signal analogique échantillonné; La figure 3 représente schématiquement un appareil pour détecter et corriger des erreurs dans un signal analogique échantillonné. La technique analogique échantillonnée trouve une application immédiate pour l'enregistrement de données numériques, par exemple des données de son, sur des supports d'image tels que les disques vidéo. Pour enregistrer des séquences sonores sur un tel support, on numérise d'abord et on code le son pour obtenir des données numériques codées sur quatre éléments binaires chacune. On module ensuite un signal vidéo, par voie analogique, à partir des données numériques formées pour insérer ces données numériques dans les lignes utiles du signal vidéo sous forme d'échantillons en profitant de la dynamique d'amplitude du signal vidéo. La modulation peut être par exemple une modulation d'amplitude par impulsion. Dans ce cas, chaque échantillon est apte à coder un quarté d'éléments binaires ctest-à-dire un nombre compris entre 0 et 15. Une telle modulation permet d'insérer un grand nombre d'échantillons dans le signal vidéo et donc d'enregistrer des séquences sonores de très longue durée sur le support d'enregistrement. On peut aussi mélanger dans le signal vidéo des données de son et des données d'image. Nous allons maintenant décrire le code correcteur d'erreur utilisé par le procédé de correction d'échantillons dans un signal analogique échantillonné selon l'invention, celui-ci pouvant être mis en oeuvre entièrement au moyen de circuits analogiques disponibles dans le commerce. Les données numériques à transmettre ou a enregistrer sont représentées sur la figure 1 par les termes a1,1, an m. Dans un premier temps, les données numériques sont regroupées sous la forme d'une matrice ayant n lignes de m données numériques pour former des données numériques de redondances qui seront transmises en même temps que les données numériques utiles. Les données numériques de redondance sont constituées d'une part de n sommes lignes (Sll à Son), d'autre part, de m sommes colonnes (Scl à Scm) et enfin d'une somme totale St. Chaque somme ligne S1 ayant un indice i est obtenu en faisant la somme des données numériques d'une ligne i de la matrice. De même chaque somme colonne Sc ayant un indice j est obtenu en faisant la somme des données numériques d'un colonne j de la matrice. La somme totale St est obtenue en faisant la somme des sommes lignes S1 et des sommes colonnes Sc. L'ensemble de ces opérations peut facilement être réalisé par un programme d'ordinateur. On comprendra qu'une erreur de transmission affectant un élément ai j de la matrice peut être facilement détectée et corrigée en formant un premier syndrome à n éléments à partir des n sommes lignes S1, un second syndrome à m éléments à partir des m sommes colonnes Sc, et un troisième syndrome à un élément à partir de la somme totale St suivant le "modele des factures" décrit dans l'ouvrage "introduction à l'audionumérique - J.P. Picot Editions Radio. Pour plus de clarté, on conviendra que - le premier syndrome El est constitué de n éléments Eli chacun calculé à partir de la relation suivante: i i allant de 1 à n; - le second syndrome Ec est constitué de m éléments chacun calcule à partir de la relation suivante: j j allant de 1 à m; - le troisième syndrome Et est constitué d'un élément unique calculé à partir de la relation suivante: Si aucune erreur de transmission n'est intervenue, le troisième syndrome Et est nul ainsi que les éléments des premier et second syndromes El,Ec. Si une erreur de transmission affecte les données de redondance alors cette erreur est détectée en constatant que le troisième syndrome n'est pas nul. Dans ce cas, aucune erreur de transmission affectant les données numériques ai j ne peut être détectée ni corrigée. Dans le cas contraire, si une erreur de transmission affecte un élément ai,j alors l'élément i dans le premier syndrome et l'élément j dans le second syndrome ne sont pas nuls et leur valeur est celle de l'erreur de transmission. La correction de l'élément consiste simplement à retrancher de la valeur transmise, la valeur de l'élément i du premier syndrome ou la valeur de l'élément j du second syndrome. Selon l'invention les données numériques utiles ai,j et les données numériques de redondance Sl,Sc et St sont transmises sous forme d'échantillons dans un signal analogique échantillonné, par exemple un signal vidéo, à partir de la formation d'une trame 1 visible en figure 2. La trame 1 est constituée dans l'ordre de la somme totale St, des sommes de colonnes Sc prises selon l'indice croissant des colonnes de la matrice, et successivement des séquences constituées chacune d'une somme ligne S1 et des données numériques appartenant à la ligne correspondante de la matrice, les sommes lignes étant prises selon l'indice croissant des lignes de la matrice. On module ensuite par voie analogique un signal à partir de la trame précédemment définie pour former le signal analogique échantillonné constitué d'échantillons utiles 10 codant les données numériques et d'échantillons redondants 20 codant la somme totale St, les sommes lignes S1 et les sommes colonnes Sc. La modulation analogique peut être par exemple une modulation d'amplitude par impulsion connue de l'homme de l'art. La figure 3 représente l'appareil de mise en oeuvre du procédé de correction d'un échantillon utile erroné dans le signal analogique échantillonné transmis. Cet appareil est constitué d'un module 10 de calcul des syndromes El, Ec et Et, une ligne à retard 20, un module de détection d'erreur 30 relié à la sortie du module de calcul 10, un module 50 de correction d'échantillon relié à la ligne à retard 20 et au module de détection d'erreur, une base de temps 40 qui coordonne le fonctionnement des modules 10, 30 et 50. Dans le module 10 on prélève au moyen d'échantillonneurs-bloqueurs du type "HA 5330 HARRIS" les échantillons utiles 10 et les échantillons de redondance 20 selon leur ordre d'insertion dans le signal analogique pour former les syndromes El, Ec et Et. Du fait de la répartition particulière des échantillons utiles et des échantillons de redondance dans le signal analogique échantillonné, les syndromes El, Ec et Et sont formés au fur et à mesure du prélèvement des échantillons dans le signal et par conséquent en parallèle. Lorsque tous les échantillons utiles et redondants ont été prélevés, les syndromes El, Ec et Et sont disponibles et sont transmis au module de détection d'erreur 30. Dans le module de détection 30, l'élément du troisième syndrome est testé pour vérifier la validité du code de redondance. Puis les n éléments du premier syndrome El sont comparés aux m éléments du second syndrome au moyen de multiplexeurs et comparateurs analogiques du type "LT685 LINEAR TECHNOLOGY" pour détecter et localiser une erreur de transmission selon le procédé précédemment décrit. La détection d'une erreur consiste à balayer les éléments du premier et du second syndromes pour rechercher un élément non nul dans chacun des deux syndromes, à conserver le rang de l'élément non nul dans chacun des deux syndromes El, Ec pour obtenir les coordonnées matricielles (i,j) de l'échantillon utile erroné, lesquelles donnent directement son emplacement dans le signal analogique échantillonné. Le second syndrome Ec et les coordonnées matricielles (i,j) de l'échantillon erroné sont fournis au module de correction 50 qui reçoit le signal analogique échantillonné reçu et retardé par la ligne à retard 20 d'un temps prédéterminé sensiblement supérieur au temps de formation des syndromes. Le module de correction 50 est lui-même constitué d'échantillonneurs-bloqueurs et de soustracteurs analogiques (amplificateurs opérationnels) pour soustraire de l'échantillon utile erroné repéré par les coordonnées (i,j) la valeur de l'élément j du syndrome Ec lors du balayage du signal analogique retardé, échantillon utile par échantillon utile. Le module de correction 50 peut aussi être agencé pour réaliser une interpolation entre les échantillons utiles adjacents à un échantillon utile erroné pour corriger l'échantillon utile erroné. Les modules 10,30, 50 sont synchronisés par la base de temps 40 qui dérive, du signal analogique reçu en entrée de l'appareil de correction, les signaux de synchronisations commandant leur fonctionnement. Le procédé selon l'invention est applicable à tous les types de modulation d'impulsions pouvant être démodulée en "PAM" (PAM-FM, PWM, PDM, etc...) ainsi qu'à différents signaux de standards différents (IRIG PAM2, vidéo CCIR, D2-MAC/P, etc...). Par conséquent le procédé de correction d'échantillons selon l'invention permet d'envisager son utilisation dans un grand nombre d'applications mettant en oeuvre les systèmes échantillonnés rapides, tels que les systèmes vidéo à compression temporelle. REVENDICATION Un procédé de correction d'échantillons dans un signal analogique échantillonné, les échantillons codant des données numériques, notamment des données de son, et le signal analogique échantillonné etant forme à partir des étapes suivantes: a) on dispose les données numeriques sous la forme d'une matrice ayant n lignes et m colonnes; b) on somme, pour chaque ligne de la matrice, les données numeriques appartenant à la ligne, pour former n sommes de lignes S1; c) on somme, pour chaque colonne de la matrice, les données numériques appartenant à la colonne, pour former m sommes de colonnes Sc; d) on somme les n sommes de lignes S1 et les m sommes de colonnes Sc pour former une somme totale St; e) on constitue une trame 1 comprenant dans l'ordre la somme totale St, les sommes de colonnes Sc prises selon l'indice croissant des colonnes de la matrice, et successivement les séquences constituées chacune d'une somme ligne S1 et des données numériques appartenant à la ligne correspondante de la matrice, les sommes lignes étant prises selon l'indice croissant des lignes de la matrice; procédé c a r a c t é r i s é en ce qu'il comprend les étapes suivantes f) on module par voie analogique un signal à partir de la trame précédemment définie pour former le signal analogique échantillonné constitué d'échantillons utiles 10 codant les données numériques et d'échantillons redondants 20 codant la somme totale St, les sommes lignes S1 et les sommes colonnes Sc h) on prélève dans le signal reçu les échantillons redondants et les échantillons utiles pour former un premier syndrome à n éléments associés aux n sommes lignes S1, un second syndrqme à m éléments associés aux sommes colonnes Sc, et un troisième syndrome à un élément associé à la somme totale St, le premier, second et troisième syndromes étant formés en parallèle; i) on détecte et on localise un ou plusieurs échantillons utiles erroné(s) en comparant les n éléments du premier syndrome aux m éléments du second syndrome; j) on balaye, échantillon utile par échantillon utile, le même signal analogique échantillonné retarde d'un temps prédéterminé dans une ligne à retard pour corriger dans le signal analogique retardé le ou les échantillons utiles erronés localisés dans l'étape précédente, la correction d'un échantillon utile erroné consistant à soustraire de sa valeur, par voie analogique, la valeur de l'élément du second syndrome qui lui correspond.