Brevet FR2786967A1 — publié le 20000609

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SIGNAUX NUMERIQUE AVEC UN PROCESSEUR CORDIC La présente invention concerne un dispositif de traitement de signaux numérique comprenant un processeur CORDIC pour la détermination itérative de la phase à partir des signaux d'entrée. Grâce à la réduction des coûts de matériel, des dispositifs de traitement de signaux numérique sont actuellement utilisés, dans une large mesure, dans l'électronique de transmission. Ainsi, des procédés de traitement de signaux numérique trouvent une utilisation de plus en plus fréquente dans l'électronique de grande consommation. Un algorithme de calcul connu depuis dans le traitement des signaux est ce que l'on appelle l'algorithme CORDIC. Des descriptions détaillées s'y rapportant se trouvent par exemple dans l'article "CORDIC-Based VLSI Architectures for Digital Signal Processing", paru dans le périodique IEEE Signal Processing Magazine, juillet 1992, aux pages 16 à 35. Des processeurs utilisant l'algorithme CORDIC peuvent être utilisés pour le calcul de phases et sont, par conséquent, les mieux appropriés pour des décodeurs couleur de récepteurs de télévision, pour effectuer une démodulation de fréquence des signaux de télévision SECAM. Cependant, il est nécessaire de calculer l'information de phase issue des signaux SECAM X et Y, et de déterminer la fréquence par une différentiation subséquente. Avec les systèmes de décodage SECAM connus jusqu'ici, le calcul de phases et la différentiation sont réalisés l'un après l'autre, de manière séquentielle. Un problème découlant de cette manière de procéder réside avant tout dans les différentes gammes dynamiques des phases et des fréquences. Pour le calcul de phases, il faut en règle générale disposer de 3+n bits pour pouvoir obtenir une précision de n bits, après la différentiation. Un autre problème concerne la "Phase-Unwrapping". 1 11 11 il Il '11111 2 2786967 Le but de la présente invention réside dans le fait qu'il définit un dispositif de traitement de signaux avec un processeur CORDIC, dans lequel le signal de fréquence peut être déterminé, pour un coût réduit, sans différentiation définitive d'un signal de phase calculé. On y parvient suivant l'invention par un dispositif de traitement de signaux numérique, à la sortie de chacun des étages CORDIC, une valeur de fréquence peut être prélevée, laquelle est déterminée en partant d'une valeur d'initialisation associée au premier étage CORDIC, dans lequel la valeur de fréquence susceptible d'être prélevée à la sortie de chaque étage est formée par la valeur de fréquence associée à cet étage CORDIC, après déduction d'une valeur de correction. Par conséquent, I'invention est essentiellement basée sur l'application des itérations de l'algorithme CORDIC également au calcul de fréquence. Ainsi, durant la totalité du traitement des signaux, la largeur de bit n est, de manière avantageuse, suffisante. Il n'est besoin d'aucun bit supplémentaire pour le calcul de phases. De même, le coût des "Phases Unwrapping" est superflu. Le coût engendré par le traitement des signaux est de ce fait nettement réduit. De préférence, - la valeur de correction pour chaque étage CORDIC (C1. Cn) est déterminée par l'arctan (2-i+1) jusqu'à un facteur fixe, le signe étant déterminé par xi ou yi, - la valeur d'initialisation est indiquée par o)0(n)=0, - une pluralité d'étages CORDIC sont connectés les uns derrière les autres, - au moins une partie des étages CORDIC est réalisée couplée par réinjection en boucle fermée, - une unité de correction de débordement (100) est prévue pour addition de la valeur de correction, oi(n) est associé à un module de sommation (70) et, ci(n), aussi bien que le signal de sortie du module de sommation (70), présente une largeur de bit constante, Un domaine d'application particulièrement avantageux du dispositif de traitement de signaux, conformément à l'invention, est la démodulation de..DTD: fréquence de signaux SECAM dans un décodeur couleur de télévision. D'autres domaines d'utilisation sont, en raison de la courbe I I il. 11111 3 2786967 caractéristique linéaire du dispositif de traitement de signaux conformément à l'invention, des discriminateurs de phases pour des sousporteuses (PLL) dans des décodeurs couleur PAL/NTSC. Le dispositif de traitement de signaux conformément à l'invention peut être utilisé dans des processeurs TV-audio pour une démodulation AM/FM et/ou pour une démodulation QPSK. Une démodulation AM/FM est également possible dans des récepteurs radio. L'invention sera expliquée ci-après plus en détail en liaison avec un exemple de réalisation et représentée sur les figures, sur lesquelles: La figure 1 représente un schéma synoptique sous forme de blocs de la démodulation de fréquence de signaux d'entrée X, Y codés SECAM selon l'état de la technique; La figure 2 représente le schéma synoptique de principe d'un étage CORDIC connu; La figure 3 représente un premier schéma synoptique sous forme de blocs de la démodulation de fréquence de signaux d'entrée X, Y codés SECAM avec des étages CORDIC modifiés conformément à l'invention; La figure 4 représente un schéma synoptique de principe d'un étage CORDIC tel que celui-ci se trouve utilisé dans le schéma synoptique sous forme de blocs de la figure 3; et La figure 5 représente un schéma synoptique sous forme de blocs détaillé d'un étage CORDIC conformément à la figure 3 ou 4, et La figure 6 représente un étage CORDIC par réinjection en boucle fermée selon l'invention, et La figure 7 représente un montage destiné à une arithmétique de débordement. Sur les figures suivantes et sauf indication contraire, les mêmes références numériques désignent des parties identiques de signification analogue. Sur la figure 1 est représenté le schéma synoptique sous forme de blocs d'un dispositif de décodage connu en soi, par exemple un dispositif de décodage couleur de signaux de télévision SECAM. A partir des signaux d'entrée X, Y, l'information de phase p est calculée de manière itérative lors d'une première étape de traitement 10 au moyen d'étages CORDIC classiques C1...Cn. Lors d'une seconde étape de traitement, ce signal de phasey est converti par différentiation en le signal de fréquence f requis. Il est essentiel l IlIliu.llu 4 2786967 que, dans ce procédé de décodage connu, lors de la première étape de traitement 10, le signal de phase(p, déterminé par une pluralité d'opérations de calcul, subisse finalement une transformation de fréquence. Chacun des étages CORDIC Cl...Cn travaille de la manière suivante Soit le couple de valeurs X, Y. Pour calculer la phase (ç Y (1) (p = arctan- X de ce couple de valeurs, I'algorithme CORDIC peut être représenté, par exemple, comme suit: (2) Xi+1 = Xi - Yi 2-i Ti Yi+, = Yi - Xi 2-i' T; i = 0, 1, 2...N o (3) X0 = X; Y0 = Y; 'r = sign(Xi)'sign(Y0) La suite p = signl(Y,) (p,+] =(p-arctan(2 ') -T,_I; i=0, l. 2...N-1 représente (p de manière de plus en plus précise au fur et à mesure que N croît. L'équation (2) ci-dessus peut être représentée au moyen d'un étage CORDIC connu comme celui représenté sur la figure 2. Deux modules de sommation 60, 61 sont ainsi prévus. Au module de sommation 61 est envoyée la valeur Xi et la valeur Yi, o Yi est exclusivement équilibrée à l'aide du facteur -2-i ci indiqué dans la formule (2). Avec le facteur 2-' o(Yi, la valeur Xi est équilibrée et envoyée à une sortie du second module de sommation 62. A l'autre sortie est envoyée à une entrée du second module de sommation 62. A l'autre entrée est envoyée la valeur Yi. Les signaux X,+1 et Yi+1 peuvent alors être prélevés aux sorties. I 1 Ii 1 111 2786967 Le schéma synoptique sous forme de blocs de la figure 3 représente le dispositif de démodulation modifié conformément à l'invention. Il conviendra de noter qu'une seconde étape de traitement placée en aval du circuit pour effectuer une différentiation comme sur la figure 1 n'est pas nécessaire. Une différentiation coûteuse en temps et en espace mémoire n'est pas utile. Ceci est atteint par le fait que les pas d'itération utiles de l'algorithme CORDIC sont également appliqués au calcul de la fréquence f. A cet effet, les étages spécifiques CORDIC C1...Cn proposent de disposer, du côté de la sortie, en plus des signaux d'amplitude X1, Y1 jusqu'à Xn, Yn, d'une valeur de fréquence numérique 0...con, qui devient, avec la progression de l'étage CORDIC respectif, de plus en plus précise. Sur la figure 4, est représenté le schéma synoptique de principe du dispositif de traitement de signaux modifié conformément à l'invention. Ainsi qu'on peut le voir à chaque étage CORDIC C1, C2...Cn, en plus des couples de valeurs X1, Y1, X2, Y2, etc, sont également mises à disposition des valeurs de phase (p0 jusqu'à (pn du côté de la sortie. La fréquence du cycle n se situe à l'intérieur d'une fréquence d'échantillonnage suffisamment élevée. (4) o(n) (PN(n) - (PN(n-1) Si l'on utilise l'algorithme CORDIC à chaque cycle, on obtient alors (5) c(n) Oc oN(n) = (pN(n)- (pN(n- 1) et (6) coi(n) = (pi(n) - (pi(n-1) avec i = 1, 2, 3... N Il en résulte une nouvelle formule d'itération, à savoir (7) Xi+ 1(n) = Xi(n) - Yi(n) 2-i' Ti(n) Yi+l(n) = Yi(n) - Xi(n) 2-' 'Ti(n) Tn+ 1(n) = sign(Xi+1(n)) sign(Y(n)); )i+l(n) = ol - arctan(2-i)[tci(n) - -, (n-1)] 6 2786967 Etant donné que c,+1(n) ne peut prendre que les valeurs -1, 0, 1, alors ai(n) - Gi(n-1) vaut -2, 0, 2 ou -1, 0, 1 si oi(n)/2 est déterminé par récurrence. Dans des applications SECAM, o)(n) peut prendre des valeurs comprises entre -2/2 et Ti/2. Avec une arithmétique de débordement appropriée pour le sommateur 70, on peut en déduire la vraie valeur pour ()(n). En supposant que la fréquence )(n) requise a la valeur c) (n), on obtient alors l'approximation co(n) = limit o)i(n) = + 7 + O (n) i--> oo Dans des applications SECAM, on peut supposer que: - 2' 0)(n) 8 8 oi(n)-2 ou coi(n)+28, selon qu'il y ait eu "overflow" ou "underflow". Avec cette nouvelle formule d'itération (7), on peut réaliser un agencement de circuit pour un étage CORDIC comme celui qui est représenté sur la figure 5. L'agencement de circuit représente tout d'abord les composantes de circuit connues à partir de l'étage CORDIC connu (voir figure 2) ainsi que des modules de sommation 61 et 62 avec les étages d'équilibrage 63, 64. En outre, pour le stockage temporaire des valeurs, des registres 65, 66 peuvent être branchés du côté de la sortie aux modules de sommation 61, 62. Pour effectuer le calcul de fréquence itératif, I'étage CORDIC est, compte tenu de la formule ci-dessus, élargi de la manière suivante: le signal de fréquence coi est envoyé à une première entrée d'un autre module de sommation 70. A la seconde entrée du module de sommation 70, est envoyé un signal K, qui sélectionne l'une des trois variables, à savoir "0", arctan (2-i) ou -arctan (2-). Ces trois valeurs sont enregistrées, de manière appropriée, dans I 1I I1 1 111 7 2786967 une mémoire morte (ROM) et seront au besoin extraites. Un commutateur inverseur 80 est prévu pour effectuer la sélection. Le signal d'inversion K est déterminé par: (8) K = Ti(n) - Ti(n-1); Pour effectuer la réalisation, conformément à la figure 5, le bit MSB de valeur Xi(n) et le bit MSB de valeur de départ Y0(n) sont associés à une porte EXOU 82. A sa sortie, Gy(n) peut être prélevé. A un module de soustraction 73, la valeur ci(n-1) précédemment enregistrée dans un registre 81 est soustraite de cette valeur et est finalement mise à disposition en tant que signal de commutation K. A la sortie du module de sommation 70, un autre registre 75 est également prévu. Pour effectuer l'initialisation, la valeur de fréquenceo0 = 0 est associée à un premier étage CORDIC C1. Si une pluralité d'étages CORDIC modifiés de ce type sont mis en circuit les uns derrière les autres, par exemple 4, 7 ou 11, le signal de fréquence démodulé peut être directement prélevé à la sortie du dernier étage CORDIC jusqu'à un facteur fixe, ainsi que l'amplitude de signal. Ceci parce que le vecteur déplacé conformément à l'algorithme CORDIC se trouve étendu à un facteur de coordonnée Y ou X. C'est-à-dire qu'il vaut (9) IYl = C amplitude instantanée En plus de la démodulation FM, une démodulation AM est possible avec l'étage CORDIC modifié. Pour des utilisations en temps réel, une pluralité d'itérations prédéterminées à l'avance est régulièrement mise en oeuvre, un critère spécifique à l'utilisation devant être rempli (par exemple variations sinusoïdales). Bien qu'en principe il soit possible de mettre en circuit les uns derrière les autres des étages CORDIC spécifiques, une solution est également offerte avec un étage CORDIC par réinjection en boucle fermée. La figure 6 représente cette application. Seuls sont nécessaires, du côté de l'entrée, des commutateurs multiplex 90, 91, 92 appropriés, au moyen desquels les sorties 1 1 il 11i 1 1111l 8 2786967 sont couplées aux entrées par réinjection en boucle fermée. I I 1lJ lil i l 9 2786967 Revendications 1. Dispositif de traitement de signaux numérique pour effectuer une démodulation de fréquence comprenant une pluralité d'étages CORDIC (C1...Cn) pour la détermination itérative de la phase à partir des signaux d'entrée (Xl, Y1...Xn, Yn), caractérisé en ce que, à la sortie de chacun des étages CORDIC (C1...Cn), une valeur de fréquence peut être prélevée, laquelle est déterminée en partant d'une valeur d'initialisation envoyée au premier étage CORDIC (C1), la valeur de fréquence (wO0...o)n) susceptible d'être prélevée à la sortie de chaque étage CORDIC (Cl1...Cn) étant formée par la valeur de fréquence envoyée à cet étage CORDIC (Cl...Cn), après déduction d'une valeur de correction. 2. Dispositif de traitement de signaux numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de correction pour chaque étage CORDIC (C1...Cn) est déterminée par l'arctan (2-i+1) à l'exception d'un facteur fixe, le signe étant déterminé par xi ou yi. 3. Dispositif de traitement de signaux numérique selon la revendication 1 ou2, caractérisé en ce que la valeur d'initialisation est indiquée par co(n)=0. 4. Dispositif de traitement de signaux numérique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une pluralité d'étages CORDIC sont connectés les uns derrière les autres. 5. Dispositif de traitement de signaux numérique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie des étages CORDIC est réalisée couplée par réinjection en boucle fermée. 6. Dispositif de traitement de signaux numérique selon l'une des revendications 1 à 5, 2786967 caractérisé en ce qu'une unité de correction de débordement (100) est prévue pour addition de la valeur de correction. 7. Dispositif de traitement de signaux numérique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que celui-ci est prévu pour une utilisation dans un décodeur couleur SECAM pour une démodulation de fréquence ou comme discriminateur de phases pour des sous-porteuses couleur PLL dans des décodeurs couleur PAL/NZTSC. 8. Dispositif de traitement de signaux numérique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que celui-ci est utilisé dans un processeur audio pour une démodulation AM/FM ou QPSK. 9. Dispositif de traitement de signaux numérique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que (oj)i(n) est envoyé à un module de sommation (70) et tant foi(n) que le signal de sortie du module de sommation (70) présente une largeur de bit constante.