Brevet FR2746996A1 — publié le 19971003

POSTE DE TRAVAIL SUSCEPTIBLE D'ETRE RELIÉ A UNE LIGNE TÉLÉPHONIQUE PAR DES MOYENS DE MODULATION-DÉMODULATION ET COMPORTANT UNE CARTE SON L'invention concerne un poste de travail susceptible d'être relié à une ligne téléphonique par des moyens de modulation-démodulation et comportant un carte son ou audiofréquence. On entend ici par poste de travail tout équipement informatique équipé bien entendu d'un système d'exploitation et de moyens de traitement de données auxquels sont associés différents programmes d'application et également d'une carte son pour l'échantillonnage, la conversion numérique/analogique et analogique/numérique de signaux audiofréquence. A titre d'exemple, on peut citer les microordinateurs ou les stations de travail. De tels postes de travail sont en outre équipés de moyens de transmission d'informations sur une ligne téléphonique. Ces moyens sont communément appelés modem" ce qui est l'abréviation de modulationdémodulation. Ils permettent de transmettre ou de recevoir des données correspondant à des fichiers informatiques ou à des images vidéotex, et d'accéder au réseau téléphonique. Pour cela le poste est relié à la ligne téléphonique à travers le modem. Les modems se présentent soit sous la forme d'un boîtier externe au poste de travail, soit sous la forme d' une carte électronique interne. Le modem assure les fonctions d'échantillonnage, de conversion analogique-numérique ou numérique-analogique des signaux transmis par le réseau téléphonique et le traitement de modulation ou de démodulation des signaux résultants. On connaît de la demande de brevet GB 2 269 297 A un équipement informatique comprenant un fax-modem, un répondeur, une carte son. Selon ce document, la carte son permet de diffuser des messages téléphoniques arrivant sur le répondeur ou d'assurer une fonction de messagerie vocale. L'équipement permet de transmettre des informations sur une ligne téléphonique à travers sa carte fax-modem. Malheureusement un tel équipement est coûteux et nécessite une double électronique pour assurer de façon dissociée les deux fonctions (généralement au moyen de deux cartes électroniques). La présente invention vise à réduire l'encombrement des équipements informatiques et à réduire les coûts d'implémentation du matériel engendrés par la mise en place de tels outils (matériel et logiciel). En particulier elle vise à réduire l'encombrement et les coûts des modems. Pour atteindre ce but, l'invention propose un poste de travail susceptible d'être relié à une ligne téléphonique et comprenant pour cela des moyens de modulation-démodulation des signaux transmis par la ligne, le poste comprenant en outre une unité de traitement et de commande , au moins une mémoire de programme et une carte son d'échantillonnage et de conversion A/N,N/A de signaux audiofréquence pilotée par un programme de la mémoire de programme, principalement caractérisé en ce que les moyens de modulation-démodulation sont reliés à la ligne téléphonique par les ports d'entrée-sortie audio de la carte son ; ces moyens comportant, placés dans la mémoire de programme , un programme de modulationdémodulation , le programme de pilotage de la carte son étant apte à commander l'échantillonnage et la conversion A/N,N/A par la carte des signaux transmis par la ligne téléphonique et la modulation ou la démodulation de ces signaux par le programme de modulation-démodulation. Selon une autre caractéristique, la carte son est reliée à la ligne par une interface de ligne Cette interface de ligne comporte des moyens d'adaptation d'impédance. Selon un mode de réalisation, l'interface de ligne comporte des moyens automatiques de décrochage, de raccrochage et de détection de sonnerie. Selon un autre mode de réalisation, un téléphone est branché sur la ligne et l'interface de ligne comporte un commutateur connecté au téléphone et au combiné téléphonique pour aiguiller les signaux issus de la ligne passant par le poste téléphonique, soit vers la carte son (pour les communications de données), soit vers le combiné téléphonique (pour les communications vocales), les fonctions de décrochage, raccrochage et de détection de sonnerie étant obtenues manuellement par l'utilisateur au moyen de son poste téléphonique et du combiné associé. Selon un troisième mode de réalisation, un téléphone est branché sur la ligne en parallèle avec l'interface de ligne, cette interface comporte alors un interrupteur pour le décrochage ou le raccrochage manuel de la ligne téléphonique par l'utilisateur en vue d'une communication de données, le décrochage étant réalisé lorsque l'utilisateur perçoit la sonnerie de son poste téléphonique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le programme de traitement du signal de modulationdémodulation comporte un sous-programme de contrôle de la fréquence d'échantillonnage fe de la carte son et de correction en cas de dérive de sa valeur ou de sa phase. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui est faite à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1, représente un schéma de réalisation de l'invention, - la figure 2, représente un schéma de réalisation de l'invention avec une première variante d'exécution, - la figure 3, représente un schéma de réalisation de l'invention avec une deuxième variante d'exécution. - la figure 4, représente un schéma fonctionnel des moyens de modulation-démodulation. - la figure 5, représente un mode de réalisation de l'interface 200. Dans toute la description les mêmes références correspondent aux mêmes éléments. Afin de simplifier l'exposé, on notera dans la suite conversion NA et conversion AN respectivement les fonctions de conversion numérique-analogique et analogique-numérique. On parlera indifféremment de carte son ou de carte audio ou audiofréquence étant bien entendu qu'il s'agit de carte de traitement de signaux audio fréquence existant dans le commerce telle que par exemple les cartes connues sous la marque déposée "SOUND BLASTER" ou des cartes compatibles au standard défini par ces cartes. De telles cartes peuvent êtres pilotées par des programmes commercialisés avec les cartes, ou par des programmes réécrits par les utilisateurs/installateurs pour y introduire leurs propres paramètres. Ces cartes son comportent essentiellement un circuit de conversion A/N et N/A capable d'échantillonner les signaux audio avec une qualité haute fidélité (dont typiquement la bande passante est de 20Hz à 20Khz et une quantification sur 16 bits). Lorsque le poste de travail 100 est relié à une ligne téléphonique 1 du réseau téléphonique comme cela va être expliqué dans la suite, il pourra accéder à des serveurs vidéotex, ou transférer des données correspondant à des fichiers ou à des pages fax à travers la carte son. Selon l'invention la liaison entre le poste 100 et la ligne 1 se fait à travers un système de modulationdémodulation comprenant d'une part, un programme de modulation-démodulation, et d'autre part, les fonctions de conversion N/A et A/N et échantillonnage de la carte son. Ainsi, selon l'invention le système de modulationdémodulation exploite les fonctions d'échantillonnage et de conversion N/A et A/N de la carte son présente dans le poste. La liaison entre le système de modulation conforme à l'invention se fait à partir des ports d'entréesortie audio de la carte son, à travers une interface ligne référencée 200 sur la figure 1, ou 201 sur la figure 2, ou 202 sur la figure 3. Ces différentes interfaces permettent selon les différents modes d'exécution, d'assurer soit une simple adaptation d'impédance entre les fils du cordon téléphonique 2 et les fils 3 raccordés aux entréessorties Lin, Lout de la carte 103, soit en plus de ces fonctions, les fonctions de décrochage, de raccrochage et de détection de la sonnerie. On a représenté également sur la figure 1 un poste téléphonique 300 raccordé à ligne 1 par un cordon 2 à travers un connecteur mâle 4 branché sur un connecteur mâle-femelle 5 qui sert à connecter le cordon 2 de l'interface 200, à la ligne 1. Selon ce premier mode d'exécution, l'interface de ligne 200 réalise le passage de 2 fils à 4 fils (2 fils par sens émission-réception et, l'adaptation d'impédance qui sont des fonctions classiques pour une interface de ligne). Cette interface réalise en outre les fonctions automatiques de décrochage, de raccrochage et de détection de sonnerie. Pour cela, une interface de ligne du commerce a été modifiée afin d'y adjoindre les circuits qui permettent la communication de signaux entre le poste et l'interface nécessaires pour assurer ces fonctions. Ces circuits seront précisés dans la suite en référence à la figure 5. Une alimentation est nécessaire pour ces circuits et est réalisée par une alimentation (de 9 volts par exemple) portant la référence 201 sur la figure 1. Afin de simplifier l'exposé de l'invention, seuls les éléments du poste de travail entrant dans le cadre de l'invention ont été représentés, à savoir la carte son 103, l'unité de traitement et de commande 101 et la mémoire de programme 110. Les programmes des différentes applications sont sur le disque dur (non représenté) du poste et sont chargés par le système pour l'exécution dans une zone de la mémoire de travail 110 (de type RAM) que 1'on qualifiera de mémoire de programme, étant bien entendu que le disque dur constitue également cette mémoire du programme. La mémoire 110 contient le programme du système d'exploitation 112 du poste (WINDOWS par exemple), différents programmes d'application 111 et 113 correspondant à Appl.l, Appl.2. Ces différentes applications sont, par exemple, les fonctions fax, l'émulation vidéotex, des interfaces logicielles de communication (émulation asynchrone, interpréteur des commandes au standard AT Hayes). La mémoire 110 contient en outre un programme de traitement du signal 114 apte à effectuer une modulation ou une démodulation de signal et un programme de pilotage 115 de la carte son. La mémoire 110 contient aussi une zone 116 pour les données en cours de traitement. L'unité de traitement 101 est un microprocesseur (par exemple un Pentium). La mémoire 110 a été représentée selon un modèle en couche. La couche supérieure vue par l'utilisateur est un programme d'application de communication (tel que par exemple Fotowin, Winfax, ... qui sont des marques déposées). Le programme 114 de modulation-démodulation de l'invention communique avec le programme d'application de communication et permet d'obtenir une modulation répondant aux normes V21, V27ter, V29 de l'application fax par exemple. On va maintenant se reporter au schéma de la figure 4 pour mieux comprendre l'invention. Le programme 114 permet de transférer des blocs d'échantillons de la mémoire vers les convertisseurs A/N, N/A de la carte son ou des convertisseurs vers la mémoire. Ces transferts sont déclenchés par la carte son au moyen de demandes d'interruption matérielle IRQ reçues par le processeur du poste. Les paramètres de transfert de blocs sont initialisés au préalable par le programme de pilotage 115 de la carte son. Ces paramètres sont par exemple la taille des blocs, la fréquence d'échantillonnage en sortie de la carte son, la taille de chaque échantillon sur 8 ou 16 bits. En réception, c'est-à-dire lorsqu'un signal de communication téléphonique arrive à l'entrée Lin de la carte, ce signal est échantillonné à une fréquence d'échantillonnage fe qui est au moins le double de la fréquence maximale de la bande passante téléphonique (300-3400 Hz) pour garantir la non perte d'information entre le signal analogique continu et sa version à temps discret échantillonné conformément au théorème de l'échantillonnage. Cette fréquence est, comme on le verra dans la suite, la même qu'à l'émission. La commande de cette fréquence d'échantillonnage est réalisée par le programme de pilotage 115 de la carte son. Les trains d'échantillons sont stockés temporairement dans la zone buffer 116 de la mémoire 110 pour être traités par le bloc réception 114R du programme 114. Ce transfert se fait classiquement par adressage de la mémoire à partir du bus 102 sous la commande de l'unité 101. Le programme 114R est exécuté sous la commande de l'unité 101 et permet de transformer un train d'échantillons cadencé à la fréquence fe et codé en entiers ( de 16 bits par exemple ) en un train binaire. Le message binaire résultant est transmis au programme d'application de communication 111 en cours, à travers une interface logicielle I classique correspondant à cette application. Par exemple, dans le cas d'une application fax, l'interface logicielle permet de conformer le message binaire à une transmission asynchrone ( émulation port série asynchrone ). Dans le cas de l'émission, le bloc programme émission 114E reçoit de l'application en cours (par exemple fax) des trains binaires ( dont chaque élément est un 0 ou un 1 ) de commande ou de données provenant du programme d'application communication 111. Le programme 114E permet alors de calculer à partir de ces trains binaires, un signal compatible à la norme de téléphonique, se présentant sous la forme de trains d'échantillons numériques cadencés à la fréquence d'échantillonnage fe. Cette fréquence fe est de 9.600 Hz par exemple et respecte également le théorème de l'échantillonnage. Chaque échantillon peut prendre une valeur quelconque codée par exemple sur un entier de 16 bits et bénéficie dans ce cas d'une dynamique de 32.768 à +32.767. Cette quantification est confortablement dimensionnée par rapport à la quantification faite dans la partie numérique du réseau public (12 ou 13 bits linéaires par échantillon), de sorte qu'elle ne constitue pas un facteur de limitations du rapport signal sur bruit dans la chaîne de communication. Ces trains d'échantillons, une fois calculés, sont transmis à la carte son, sur sa requête, sous la commande de l'unité 101 qui reçoit la requête et par l'intermédiaire du bus 102. Un train d'échantillons est transféré par bloc de taille fixe, de la mémoire à la carte son, sur requête de cette dernière, en fonction de la fréquence d'échantillonnage fe et de la taille des blocs d'échantillons transférés. Ces deux paramètres sont programmés au préalable sur les registres adéquats de la carte son. La carte son réalise alors la conversion N/A de ce train et fournit sur sa sortie Lout un signal analogique. On rappelle que les circuits de la carte son sont initialement prévus pour obtenir une qualité hif i dont la bande passante est 20 Hz à 20 kHz. Cependant, la précision requise de l'échantillonnage ne répond généralement pas à celle du traitement du signal pour des communications relatives à des transferts de données. Selon les normes de l'UIT-T, la précision de la fréquence d'échantillonnage doit être +/-0,01% près. D'autre part, il est nécessaire d'avoir un échantillonneur asservissable en phase pour d'une part, se synchroniser lors des premiers segments de protocole, et d'autre part, suivre les glissements de rythme de la communication (dans le cas de la réception). L'échantillonneur d'une carte son ne remplit pas ces fonctions car il n'est pas asservissable en phase et que sa fréquence réglable n'est précise que quelques Hz près. Avantageusement, selon l'invention, ces fonctions sot remplies par le programme de modulationdémodulation qui inclut un filtrage numérique par interpolation en émission et en réception pour démultiplier la résolution temporelle de l'échantillonnage. Le programme 114C permet de corriger de façon logicielle la fréquence d'échantillonnage de la carte son (dans les deux sens analogique-numérique ou numérique-analogique) de la manière détaillée ci-dessous Grâce à l'horloge 104 du poste qui constitue une base de temps suffisamment précise, le programme contrôle la fréquence d'échantillonnage effective de la carte son, en mesurant le temps moyen entre chaque transfert de bloc d'échantillons déclenché par une interruption IRQ à l'initiative de la carte son. Ce programme corrige alors le rythme symbole du signal analogique généré, en "retardant" ou en "avançant" par le calcul le train d'échantillons calculé par le programme 114E d'émission. Pour cela, le programme 114C comporte un banc de filtres numériques d'interpolation décalés entre eux de fractions de période d'échantillonnage. Ainsi par exemple, un banc de 10 filtres numériques décalés régulièrement entre eux d'un dixième de période d'échantillonnage permet d'affiner la résolution temporelle d'un rapport 10 par rapport à la période d'échantillonnage. Le programme 114C permet de réaliser une commutation régulière entre ces filtres numérique pour avoir une compensation progressive de la fréquence d'échantillonnage biaisée de la carte son. Ce programme permet de compenser le fait que la fréquence d'échantillonnage fe de la carte son n'est pas physiquement asservissable ni en fréquence ni en phase (on ne peut modifier le circuit qui se trouve sous la forme d'un circuit intégré, ni modifier la carte son). Le programme réalise avantageusement une surveillance de la phase cette fréquence en effectuant une comparaison périodique par rapport à celle de l'horloge fo temps réel du poste. Dans le cas où il y a un décalage , il procède à une correction logicielle en réalisant un changement d'indice du filtre numérique à appliquer pour l'opération de filtrage par interpolation. Cette opération est réalisée en émission et en réception. On va maintenant détailler les trois modes de réalisation de l'interface ligne conformes à l'invention. L'interface 200, détaillée sur la figure 5, comporte les fonctions classiques d'une interface ligne à savoir l'adaptation d'impédance et le passage de 2 fils à 4 fils. Cette interface comporte en outre des circuits de détection de sonnerie, de décrochage et de raccrochage automatiques. Pour assurer ces fonctions, les circuits communiquent avec le poste de travail afin que ce dernier soit informé de la détection de la sonnerie et puisse envoyer des commandes de décrochage ou de raccrochage. Ces commandes passent par les ports Lin et Lout de la carte son et sont obtenus par envoi d'impulsions de fréquence prédéterminée. Les trains de sonnerie (à 25 Hz ou 50 Hz qui se trouvent donc dans la bande audio) sont détectés par le détecteur de sonnerie 220. Ce circuit comporte avantageusement un diviseur de tension et un circuit d'isolation de ligne à base d'opto-coupleur par exemple. Les commandes de décrochage, raccrochage sont émises par le poste de travail sous la forme d'impulsions de fréquence prédéterminée comme cela a été dit précédemment, via le port Lout de la carte son, et sont reçues dans l'interface ligne par un décodeur de fréquence 221 qui comprend par exemple un filtre passe bande centré autour de la fréquence prédéterminée, suivi d'un redresseur, d'un intégrateur et d'un comparateur à seuil. La sortie du comparateur à seuil est reliée à l'entrée d'une bascule bistable 222 qui commande le relai 224 de prise de ligne. La bascule change d'état à chaque front montant du comparateur à seuil, et commande ainsi par l'intermédiaire du relai de prise de ligne 224, le décrochage/raccrochage (1) état raccroché, (2) état décroché. Le seuil du comparateur ainsi que la durée et l'amplitude de la fréquence émise en sortie Lout pour la commande de changement d'état (raccroché-décroché), sont fixés au préalable et cela de façon à disposer d'une commande fiable, exécutée dans un temps raisonnable. Le circuit 225 est classique en télécommunication et permet de passer de 2 fils à 4 fils. Dans le cas de la figure 2, l'interface ligne 202 est réduite à un simple commutateur qui permet d'aiguiller le signal transmis par la ligne, soit vers le combiné 301 dans le cas d'une communication vocale, soit vers la carte son 103 dans le cas d'une communication de données. La carte son 103 est dans ce cas reliée à la ligne téléphonique 1 par l'intermédiaire du poste téléphonique. Ce mode d'exécution permet d'utiliser les fonctions manuelles de détection de sonnerie, de décrochage et de raccrochage en place dans le poste téléphonique 300. Dans le cas de la figure 3, l'interface de ligne 203 assure l'adaptation d'impédance. Elle assure également, mais de façon non automatique, le raccrochage et le décrochage par l'intermédiaire d'un interrupteur 225 actionné par l'utilisateur. Dans le cas où cette ligne est réservée aux communications de données, l'utilisateur effectue un décrochage de la ligne en appuyant sur l'interrupteur 225 lorsqu'il entend la sonnerie de son poste téléphonique. En fin de communication téléphonique, l'utilisateur appuie sur cet interrupteur 225 pour raccrocher la ligne. Dans le cas où la ligne peut recevoir des communications vocales et/ou des communications de données, l'utilisateur décroche son combiné lorsqu'il entend la sonnerie. Lorsque l'utilisateur reconnaît un appel de communication de données (réception d'une fréquence porteuse) alors il appuie sur l'interrupteur 225 pour prendre la ligne et peut raccrocher le combiné. En conclusion, le premier mode de réalisation de l'interface ligne ne nécessite pas de poste téléphonique dans le cas de communications de données. En revanche les deux autres modes de réalisation nécessitent l'utilisation d'un poste téléphonique pour la prise de ligne. REVENDICATIONS 1. Poste de travail susceptible d'être relié à une ligne téléphonique et comprenant pour cela des moyens de modulation-démodulation des signaux transmis par la ligne, le poste comprenant en outre une unité de traitement et de commande (101), au moins une mémoire de programme (110) et une carte son (103) d'échantillonnage et de conversion A/N,N/A de signaux audiofréquence pilotée par un programme de la mémoire de programme, caractérisé en ce que les moyens de modulation-démodulation (103, 114, 115) sont reliés à la ligne téléphonique (1) par les ports d'entrée-sortie audio (Lin, Lout) de la carte son (103) ; en ce que ces moyens comportent, placés dans la mémoire de programme (110) un programme de modulationdémodulation (114); et en ce que le programme de pilotage (115) de la carte son permet en outre de commander l'échantillonnage et la conversion A/N,N/A par la carte des signaux transmis par la ligne téléphonique et la modulation ou la démodulation de ces signaux par le programme de modulation-démodulation. 2. Poste de travail selon la revendication 1, caractérisé en ce que la carte (103) est reliée à la ligne (1) par une interface de ligne (200, 202, 203). 3. Poste de travail selon la revendication 2, caractérise en ce que l'interface de ligne (200, 202, 203) comporte de moyens d'adaptation à'impédance. 4. Poste de travail selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interface de ligne (200) comporte des moyens automatiques de détection du décrochage, de raccrochage et de sonnerie. 5. Poste de travail selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un téléphone est branché sur la ligne et en ce que l'interface de ligne (202) comporte un commutateur connecté au téléphone et à son combiné, pour aiguiller les signaux issus de la ligne (1) passant par le poste téléphonique, soit vers la carte son pour une communication de données, soit vers le combiné téléphonique pour une communication vocale, les fonctions de décrochage, raccrochage et de détection de sonnerie étant obtenues manuellement par l'utilisateur au moyen de son poste téléphonique. 6. Poste de travail selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un téléphone est branché sur la ligne et en ce que l'interface ligne (203) comporte un interrupteur pour le raccrochage manuel de la ligne téléphonique par l'utilisateur, le décrochage étant réalisé lorsque l'utilisateur perçoit la sonnerie de son poste téléphonique, par décrochage du combiné puis par appui de l'interrupteur dans le cas d'une communication de données, soit appui direct de l'interrupteur dans le cas où la ligne est réservée aux communications de données. 7. Poste de travail selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le programme de traitement du signal de modulationdémodulation comporte un sous-programme de contrôle de la fréquence d'échantillonnage fe de la carte son (103) et de correction en cas de dérive de sa valeur ou de sa phase.