Brevet FR2780228A1 — publié le 19991224

-1 DISPOSITIF DE TRANSMISSION D'INFORMATIONS AUDIO ET VIDEO La présente invention se rapporte à un dispositif de transmission d'informations entre un centre de diffusion et un terminal audio-vidéo. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif permettant d'identifier un canal télévisuel et/ou son contenu, par exemple un quelconque programme d'une quelconque chaîne de télévision, activé sur un terminal audio-vidéo, par exemple un téléviseur. Aucune intervention humaine n'est nécessaire pour identifier le canal et/ou son contenu. Le canal et son contenu peuvent indifféremment être transmis au terminal audio-vidéo selon un mode analogique ou numérique, en utilisant des moyens de transmission terrestre, par exemple un réseau câblé ou une liaison hertzienne, ou par satellite. Il existe différents standards d'émission et de diffusion vidéo: - les standards PAL, NTSC et SECAM sont des standards de télévision analogique; - le standard D2-MAC est un standard de télévision numérique. L'écran d'un poste de télévision est constitué de plusieurs lignes de pixels, qui sont les points lumineux élémentaires d'un écran. Le signal électrique porteur d'une information vidéo est structuré dans le temps: à chaque ligne de l'écran correspond un signal électrique d'une durée déterminée. Le signal électrique est le plus souvent porteur d'informations de luminance et de chrominance qui définissent chaque pixel de la ligne. Le signal électrique peut également véhiculer des informations signifiant la fin d'une ligne, des informations de synchronisation pour les différentes lignes et trames qui constituent l'image... Cependant, lors d'une transmission vidéo, certains signaux électriques du signal vidéo ne sont pas destinés à la transmission de l'image en tant que telle. Ils ne portent pas nécessairement d'informations utiles. Certains signaux électriques permettent par exemple les "retour-trame". De plus, si l'objectif premier des systèmes de télévision est de transmettre une image associée à un son, des services complémentaires sont dorénavant également mis à disposition des téléspectateurs. Par exemple le système Antiope permet aux personnes malentendantes d'accéder à un sous-titrage pour certaines émissions de télévision. A cet effet, certains signaux électriques du signal vidéo, non- porteurs d'une information destinée à la définition de l'image sont dédiés à la transmission des données du système Antiope. D'autres services, par exemple les applications de télétexte sont également disponibles sur certains téléviseurs. Or l'exploitation du signal vidéo pour la transmission de nouvelles informations est coûteuse et compliquée. En effet, une telle transmission nécessite la mise en place d'un système de modulation, de démodulation et de décodage de la nouvelle information ou du nouveau type d'information à transmettre. Le décodeur utilisé pour la réception d'informations transmises par les signaux vidéo est complexe du fait de la quantité d'informations à traiter. Il est par conséquent cher. Afin de pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif de transmission d'informations audio et vidéo selon le fonctionnement suivant: un signal supplémentaire, dit signal de signature, caractéristique d'un canal particulier et/ou d'une émission particulière est transmis par la bande audio des signaux de télévision. Ainsi rendue possible, l'identification de canaux et/ou de leur contenu peut, selon, des applications particulières de l'invention, proposer de multiples services aux téléspectateurs. Cette identification peut être effectuée automatiquement par le dispositif selon l'invention. Le dispositif, selon l'invention, comporte deux parties principales: un injecteur et un décodeur. L'injecteur est la partie du dispositif électronique qui vient injecter un signal de signature caractéristique d'un canal et/ou du contenu de ce canal. Afin d'être compatible avec l'ensemble des différents standards d'émission et de diffusion audio, (analogique ou numérique et monaural ou stéréo) et vidéo (PAL NTSC SECAM...), le signal de signature est transformé en signal audio analogique au moyen d'un convertisseur modulateur. Le signal de signature est ajouté après transformation à la bande audio du canal concerné. Le décodeur est la partie du dispositif qui reçoit et décode le signal reçu. Chaque canal et/ou chaque contenu d'un canal peut être ainsi identifié de manière simple et unique grâce à ce signal de signature. Pour un canal- et/ou le contenu d'un canal quelconque, le signal de signature peut être différent selon que la diffusion est réalisée en mode numérique par un moyen terrestre ou bien satellite ou encore en mode analogique. Compte tenu du choix d'utiliser la bande audio d'un canal quelconque, le signal résultant du codage du signal de signature, qui est intégré à la bande audio, est codé de manière à ne pas procurer de gêne auditive. Les contraintes acoustiques à appliquer au codage du signal de signature afin de le transformer en signal sonore sont les suivantes: La partie centrale du pavillon de l'oreille et le conduit auditif externe ont une fréquence de résonnance vers 2,5 kHZ, et la partie centrale du pavillon de l'oreille seule a une fréquence de résonnance vers 5,5 kHZ. Toute transmission de fréquence comprise entre 2 et 7 kHZ s'opère avec un gain de 10 à 20 décibels par rapport aux fréquences extrêmes, c'est-à-dire inférieures à 0,5 kHZ et supérieures à 10 kHZ. Ainsi, les sons émis au dessus de 10 kHZ nécessitent un niveau physique exprimé en pascal 14 fois plus élevé pour créer le même niveau physiologique exprimé en phone. La bande de fréquence 10 kHZ et 15 kHz est donc naturellement préférée pour la transmission du signal de signature. Par ailleurs, l'étude des sons et des bruits de durée brève appelés "clic", montre que l'intensité subjective de leur perception dépend de leur durée. En effet, l'intensité subjective est d'abord une fonction croissante du temps jusqu'à une valeur maximale. Puis l'intensité subjective décroît lentement. Le maximum est d'une durée voisine de 0,2 seconde. De plus, il faut savoir que l'audition de certains sons est masquée par un bruit ambiant. Ce phénomène, dit "effet de masque", possède les caractéristiques suivantes: L'effet de masque est maximal pour les fréquences voisines du son masquant. Les fréquences élevées sont les plus gênées par cet effet masquant. L'effet de masque croît plus vite que le niveau des sons masquants. Aussi en réponse à ces contraintes de confort acoustique, le signal de signature à les propriétés suivantes: Le signal sonore résultant est émis de manière périodique plusieurs fois par minute à une fréquence variable de manière à éviter tout phénomène de rémanence. La fréquence maximale de répétition dépend de la longueur du signal de signature. La fréquence minimale du signal de signature peut varier en fonction des contraintes extérieures qui dépendent de l'utilisation et de l'exploitation du signal de signature. L'invention concerne donc un dispositif de transmission d'informations audio et vidéo sous forme analogique ou numérique de façon câblée ou hertzienne entre un centre de diffusion et un terminal audio- video, caractérisé en ce que les informations transmises contiennent un signal supplémentaire caractéristique d'un canal de transmission et/ou d'un contenu de ce canal de transmission, le signal supplémentaire étant combiné aux informations audio initialement transmises. Dans la suite de la description, le signal supplémentaire est désigné comme étant un signal de signature. En outre le signal de signature est détecté de manière fiable par un décodeur, même dans un environnement de bruit important. Le spectre du signal de signature codé doit être contenu dans la bande de fréquence audio. Le signal sonore résultant d'une modulation du signal de signature dans la bande son ne doit pas créer de gène audible. Enfin, le codage du signal de signature doit être compatible avec les différentes modulations pouvant intervenir. Le codage du signal de signature doit également être compatible aux qualités sonores existantes (canal droit et gauche) en transmission stéréo-phonique, canal monophonique, son HiFi. Enfin, le codage du signal de signature ne doit pas être perturbé par des pré-distortions consécutives à des bruits de quantifications pour les signaux numériques, ainsi qu'aux pré- accentuations du fait d'un codage du son de type codage DOLBY. Les différents aspects et avantages de l'invention apparaîtront dans la suite de la description en référence aux figures qui ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - la figure 1 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de transmission d'informations selon l'invention d'un centre de diffusion et un terminal audio-vidéo - la figure 2 montre la structure d'un signal de signature selon l'invention. - la figure 3 est un chronogramme illustrant un exemple de codage du signal de signature selon l'invention. - la figure 4 est un schéma-bloc de l'injecteur intervenant dans le système de transmission selon l'invention. - la figure 5 est shéma-bloc de l'injecteur intervenant dans le système de transmission selon l'invention. la figure 1 représente un exemple de réalisation préférée d'un système de transmission d'informations selon l'invention. Un téléviseur 100 reçoit, via une première antenne 102, des informations sous forme de signaux hertziens 104. Les signaux hertziens 104 sont issus d'une seconde antenne 106 d'un centre de diffusion 108. Un signal de signature 110 est généré par un système de génération 112 de signaux de signature. Les signaux de signature 112 sont transformés en signaux audio analogiques 113 au moyen d'un convertisseur/modulateur 122. Le convertisseur/modulateur 122 associé au système de génération des signatures constituent un injecteur 115. Le centre 108 de diffusion diffuse des signaux qui sont la combinaison d'un signal de télévision habituel et des signaux de signature 112 transformés en signaux audio analogiques. Un décodeur 114 permet l'identification du signal de signature 112 reçu par le téléviseur 100. Un magnétoscope 116, qui peut en outre être commandé par le décodeur 114, peut également intervenir dans un exemple de réalisation d'un dispositif de transmission selon l'invention. Les signaux de signature 112, une fois décodés par le décodeur 114, peuvent éventuellement être réémis par un canal de retour 118 quelconque. Une unité de réception 120 des signatures réémises permet une authentification des canaux et/ou des contenus des canaux visualisés. La réalisation du dispositif de transmission tel que décrit à la figure 1 ne constitue qu'un exemple particulier parmi les réalisations possibles selon l'invention. En effet, la transmission d'informations entre le centre de diffusion 108 et le téléviseur 100 peut également être effectuée par l'intermédiaire de câbles ou de satellites. De plus, le mode de transmission des signaux peut être un mode analogique ou un mode numérique. Le système de génération de signature 112 émet des signaux de signatures 110 qui sont spécifiques à un canal de télévision et/ou au contenu de ce canal de télévision. Le contenu du canal peut être une émission de télévision ou un type d'émission de télévision. Les signaux de signature sont compatibles avec l'ensemble des différents standards d'émission et de diffusion audio analogique ou numérique et monaural ou stéréo. D'autre part, les signaux de signature ne perturbent pas non plus les signaux vidéo quels que soient les standards d'émission et de diffusion. Les signaux de signature sont compatibles avec l'ensemble des différents standards vidéo. Le signal de signature peut également comporter une caractéristique différente selon que la diffusion est réalisée en mode numérique par un moyen terrestre ou bien satellite, ou encore en mode analogique. Le signal de signature est un message court. La figure 2 montre un exemple de structure d'un signal de signature selon l'invention. Le signal de signature est dans une application préférée constitué d'une succession de bits constituant un train binaire. Le train binaire est composé d'un en-tête de synchronisation 200 de quelques bits, d'un message utile 202 de plusieurs bits et de bits d'intégrité 204. Les bits d'intégrité 204 servent à vérifier que la transmission du signal de signature s'effectue sans erreur. Dans un exemple préféré de l'invention tel que celui représenté à la figure 2, l'en-tête de synchronisation 200 comporte 32 bits; le message utile 202 qui permet l'identification d'un canal et/ou du contenu de ce canal comporte 48 bits. Enfin, les bits d'intégrité 204 sont au nombre de 16. Les bits d'intégrité 204 d'un signal de signature sont déterminés, selon un procédé connu, en effectuant une division polynomiale du message utile 202 à émettre de 48 bits à émettre par un polynôme P(x) dont l'expression est P(x) = x16 + x12 + x5 + 1. Le codage du train binaire qui constitué le signal de signature est, dans une application préférée de l'invention, un codage différentiel de la phase e d'une fréquence porteuse Fp. La fréquence porteuse Fp permet de transmettre une succession de messages binaires élémentaires codés. Un message binaire élémentaire est constitué de deux bits. Il y a donc quatre messages binaires élémentaires possibles: 01, 10, 11, et 00. Chaque message binaire élémentaire se caractérise par la durée du signal de la fréquence porteuse Fp entre deux changements de phase. Dans un exemple proposé dans le tableau 1 ci-dessous, le message binaire 01 est codé par une différence de phase égale à f après un temps équivalent à deux unités temporelles élémentaires. L'unité temporelle élémentaire peut être par exemple la période de la fréquence porteuse Fp. Le tableau 1 montre un exemple de correspondance entre le message binaire élémentaire à transmettre et la durée du signal de la fréquence porteuse Fp entre deux changements de phase 4 de la fréquence porteuse Fp. Tableau 1 Informations Valeur de la phase Durée du signal entre binaires à émettre avant apres 2 changements de phase 01 si 4 > + r 2 idem 4 11 idem 6 00 idem 8 La figure 3 montre un exemple de codage du signal de signature selon l'invention. La fréquence porteuse Fp est affectée d'un codage différentiel de phase. L'abscisse de la courbe présentant la fréquence porteuse Fp porte une échelle du temps. Sept intervalles de temps 300, 302, 304, 306, 308, 310 et 312 sont représentés. L'intervalle de temps 300 est équivalent à 4 périodes de la fréquence porteuse Fp. Selon les correspondances présentées dans le tableau 1, c'est le message binaire élémentaire "10" qui est ici codé. Les intervalles de temps 302, 304, 306, 308 et 310 sont équivalents à 2 périodes de la fréquence porteuse Fp. C'est donc le message binaire élémentaire "01" qui est à chaque fois codé. L'intervalle de temps 312, qui est équivalent à 6 périodes de la fréquence porteuse Fp, code selon l'exemple présenté dans le tableau 1 le message binaire élémentaire "11". Un déphasage de 7T est observable à la fin de chacun des intervalles de temps 300, 302, 304, 306, 308, 310 et 312, en accord avec le principe de codage différentiel précédemment décrit. La figure 4 est un schéma bloc du décodeur 114 intervenant dans le dispositif de transmission selon l'invention. Le décodeur est le dispositif qui reçoit le canal visualisé par le terminal. Le schéma bloc de la figure 4 est constitué de 4 principaux blocs respectivement 400, 402, 404 et 406. - le premier bloc 400 constitue le bloc de réception des signaux sonores, - le deuxième bloc 402 constitue le bloc d'extraction de différents signaux, - le troisième bloc 404 constitue un bloc de décodage et d'extraction des signaux de signature, - le quatrième bloc 406 constitue un bloc logique d'interprétation pour une éventuelle exploitation des signaux de signature. Le décodeur 114 reçoit par le premier bloc 400 les signaux audio du téléviseur, par exemple au moyen de broches d'un connecteur SCART ou d'une prise péritel disponible sur le téléviseur. Un filtre 408 permet de filtrer le signal audio reçu de façon à extraire de la bande son, reçue par le bloc de réception 400, un signal audio filtré 409 situé dans une bande de fréquence prédéterminée. Afin de répondre au mieux aux critères de non gêne auditive, c'est la bande de fréquence 10 kHz - 15 kHz qui est préférée pour transmettre les signaux de signature. Le signal audio filtré 409 est transmis au deuxième bloc 402. Dans le bloc d'extraction 402, le signal audio filtré 409 est comparé dans un circuit logique 413 au signal d'un oscillateur local 410 commandé en tension. La différence de phase entre la sortie de l'oscillateur local 410 et du signal audio filtré 409 donne un signal d'erreur 411. Le signal d'erreur 411 sert à ajuster au moyen d'un circuit de contre réaction 412, la phase de l'oscillateur local 410. La phase et la fréquence de l'oscillateur local 410 sont ainsi asservies par la fréquence du signal audio filtré 409. Une fois que le signal d'erreur est voisin de 0, l'oscillateur local 410 est dit "accroché" par le signal audio filtré 409. L'oscillateur local 410 est alors verrouillé. Le circuit logique 413 transmet alors au bloc de décodage 404 un signal cohérent 415 porteur des informations de variation de phase codant le signal de signature. Le rôle de l'en-tête de synchronisation 200 qui précède le début du message utile 202 du signal de signature est de permettre d'asservir et de verrouiller l'oscillateur local 410. L'en-tête de synchronisation ne comporte donc pas d'informations permettant d'identifier un canal de transmission et/ou son contenu. Ce dispositif à verrouillage de phase permet d'extraire du signal audio filtré 409 reçu les informations de variation de phase, qui identifient la réception d'un message binaire élémentaire. Dans le bloc de décodage 404, une horloge H délivre un signal d'horloge Hs qui arrive en entrée d'un compteur d'impulsions d'horloge 414. Le compteur d'impulsions d'horloge 414 reçoit à une seconde entrée le signal cohérent 415 porteur des informations de variation de phase codant le signal de signature. Lorsqu'une variation de phase est détectée, le compteur d'impulsions du signal d'horloge 414 compte le nombre d'impulsions du signal d'horloge Hs reçu jusqu'à la variation de phase suivante. La sortie du compteur d'impulsions d'horloge 414 est connectée à un décodeur interne 416 fonctionnant à l'aide d'une mémoire PROM 418 (selon l'acronyme anglophone signifiant "Programmable Road Only Memory"). Ce décodeur permet d'établir la correspondance pré-établie entre la durée de la variation de phase exprimée en impulsions d'horloge Hs, et l'information binaire correspondante. Un exemple de ces correspondances a été précédemment donné dans le tableau 1. Lorsque le compteur 414 ne détecte pas de variations de phase après 30 impulsions d'horloge, le compteur 414 commande alors dans le bloc logique 406 un automate 420 qui met fin, par un signal émis sur une liaison 419 le reliant à l'oscillateur local 410, à l'asservissement de l'oscillateur local 410 et au verrouillage de sa phase. L'automate 420 signale d'autre part, par un signal émis sur une liaison 421, la réception d'un message à un micro-processeur 422. Le microprocesseur 422 commande un automate 424 de vérification de cohérence du message reçu. L'automate 424 est connecté au décodeur interne 416. L'automate 424 de vérification de cohérence du message reçu peut ainsi vérifier si le train binaire du signal de signature reçu est correct au moyen des bits d'intégrité 204. Si, au regard des bits d'intégrité 204, le décodage n'est pas cohérent, alors le message est rejeté et le décodeur 114 se met à nouveau en attente de détection de porteuse. Si le codage est cohérent, alors le signal de signature est traité et exploité: Il peut être, dans certaines applications de l'invention réémis, par exemple par le biais d'un modem 426 connecté au décodeur 414. La figure 5 montre un schéma bloc de l'injecteur intervenant dans le système de transmission selon l'invention. L'injecteur 115 est le dispositif qui code et introduit le signal de signature dans le canal sonore. Le schéma bloc de l'injecteur peut se diviser en trois blocs distincts 500, 502 et 504. Le premier bloc 500, est une unité logique de sélection de codification et de rajouts des en-têtes de synchronisation et de calculs des bits d'intégrité 204. Le message utile 202 est déterminé par le canal émetteur et/ou le contenu de ce canal. Le deuxième bloc 502 contient les éléments nécessaires à la conversion du train binaire en variation de phase sur la fréquence porteuse Fp. Un convertisseur sinusoïdal est nécessaire. Le troisième bloc 504 contient les éléments nécessaires à l'injection du signal de signature dans la bande audio. Le niveau électrique du signal de signature peut être ajusté par rapport au niveau du signal présent dans la bande sonore par un dispositif d'amplification à contre-réaction présent dans le bloc 304. Avant l'injection du signal de signature dans la bande audio accompagnant l'image, le niveau d'énergie du signal présent dans la bande audio est mesuré après un filtrage qui ne laisse passer que la bande de fréquence susceptible de transmettre le signal de signature (typiquement la bande de fréquence 10 kHz et kHz). Ce niveau d'énergie vient alors commander le niveau d'émission du signal de signature de manière à ce que le rapport du signal volontairement émis par rapport au niveau du bruit, soit de 2. Le rapport signal utile/bruit est alors de 3 décibels. A titre d'exemple numérique, avec un signal de signature de 96 bits tel que celui présenté à la figure 2 et avec un convertisseur modulateur ayant une capacité de transmission moyenne de 3129 bits par seconde, la durée totale de l'émission d'un signal sonore résultant de l'émission d'un signal de signature est voisin de 0,03 secondes. Ce choix est ainsi compatible avec les critères de non gènes auditives énoncés précédemment. De multiples applications particulières de l'invention peuvent proposer divers services aux téléspectateurs. Le dispositif de transmission selon l'invention peut être, comme il a été décrit précédemment, utilisé avec ou sans voie de retour. Tout d'abord, si on considère le cas d'un dispositif de transmission selon l'invention sans voie de retour, le décodeur peut par exemple déterminer à quel instant un programme doit être enregistré par un magnétoscope. Pour cela, il suffit que le signal de signature émis comporte les informations nécessaires: une partie du message utile du signal de signature peut être réservée à l'identification du canal. Une autre partie de ce signal utile peut caractériser un type d'émission, par exemple un film. Une troisième partie du message utile peut indiquer le début du film, une autre la fin du film... Le décodeur peut déclencher l'enregistrement du film convoité dès le début du film grâce un signal de signature particulier émis puis reconnu par le décodeur. Les messages publicitaires qui parfois coupent le film peuvent de la même façon ne pas être enregistrés. Toutes ces opérations peuvent être gérées par le microprocesseur 422 du décodeur. Un autre exemple d'application d'un dispositif de transmission selon l'invention sans voie de retour est la protection des enfants face à certains types d'émission: il suffit que le message utile du signal de signature comporte une information relative à un programme non adapté à des enfants pour que le décodeur agisse sur le téléviseur, par exemple en changeant de canal. Un autre exemple d'application d'un dispositif de transmission selon l'invention sans voie de retour est la diffusion d'informations à caractère publicitaire ou/et commerciales ou non en incrustation sur l'écran de visualisation, comme par exemple des informations météo, boursières, des résultats de loto ou d'autres jeux, ou encore le début d'un film sur une chaîne concurrente ou non. Le message utile du signal de signature comporte une information qui, interprétée par le décodeur interne 416 et le microprocesseur 422, provoque l'affichage de caractères appropriés grâce à des fonctions d'affichage préalablement intégrées au décodeur 114. De nombreux exemples d'applications du dispositif de transmission selon l'invention avec une voie de retour peuvent également être envisagés. Une voie de retour, dédiée à l'exploitation du signal de signature reçu, peut être un modem connecté au décodeur du dispositif selon l'invention et connecté à un réseau de communication quelconque, par exemple un réseau téléphonique. Une autre voie de retour peut être l'antenne de télévision elle-même. Un dispositif de transmission, selon l'invention, associé à une voie de retour, peut permettre de développer de nombreuses applications: jeux, téléachat, audimat instantané... Le décodeur peut également être associé à un dispositif d'authentification, une carte à puce par exemple, et un clavier ou une manette. Des services de messagerie peuvent ainsi se mettre en place par l'intermédiaire d'un téléviseur rendu plus interactif par le dispositif de transmission selon l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de transmission d'informations audio et vidéo sous forme analogique ou numérique de façon câblée ou hertzienne entre un centre de diffusion (108) et un terminal audio-vidéo (100), caractérisé en ce que les informations transmises contiennent un signal supplémentaire caractéristique d'un canal de transmission et/ou d'un contenu de ce canal de transmission, le signal supplémentaire étant combiné aux informations audio initialement transmises. 2. Dispositif de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un injecteur (115) et un décodeur (114). 3. Dispositif de transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une voie de retour (118) dédiée à l'exploitation du signal supplémentaire reçu. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la voie de retour (118) est constituée d'un modem associé à un réseau de communication quelconque. 5. Dispositif de transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le signal supplémentaire est émis dans une bande de fréquence de 10 Khz à 15 Khz de manière périodique à une fréquence variable. 6. Dispositif de transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le signal supplémentaire est une succession de bits composé d'un en-tête de synchronisation (200), d'un message utile (202) et de bits d'intégrité (204). 7 Dispositif de transmission selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que le décodeur (114) est associé à un dispositif d'authentification. 8. Dispositif de transmission selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le signal supplémentaire est codé par un codage différentiel de phase d'une fréquence porteuse (Fp).