Brevet FR2792747A1 — publié le 20001027

Dispositif d'acquisition et de traitement de signaux pour la commande d'un appareil ou d'un processus L'invention concerne un dispositif d'acquisition et de traitement de signaux pour la commande d'un appareil ou d'un processus, comprenant des moyens de traitement de données, des moyens de conversion analogique-numérique de signaux fournis par des capteurs et d'application des signaux numérisés aux moyens de traitement de données, ceux-ci générant, en fonction des signaux numérisés, des signaux de commande élaborés conformément à un protocole de communication déterminé et ayant des configurations prédéterminées, et des moyens de transmission de ces signaux de commande pour leur application à au moins un appareil ou processus précité. Il est déjà connu d'utiliser des signaux analogiques fournis par des capteurs, tels par exemple que des capteurs de pression ou de force, pour commander un appareil ou un processus quelconque, les signaux produits par les capteurs étant numérisés et transformés en signaux de commande conformément à un protocole prédéterminé de communication pour être transmis à l'appareil ou au processus à commander. On peut notamment commander des instruments et appareils de musique électroniques au moyen du protocole MIDI (Musical Instrument Digital Interface) publié et mis à jour par MMA (MIDI Manufacturers Association) (voir par exemple le site Internet "Exploring Midi" de School of Music of Northwestern University), protocole qui permet des échanges d'informations entre des appareils tels que des synthétiseurs et la commande d'un appareil électronique au moyen par exemple d'un clavier, de pédales ou analogues dont l'actionnement provoque l'envoi de messages "MIDI" à cet appareil qui génère des sons conformes aux messages reçus. Typiquement, ces messages indiquent le début et la fin de la génération d'une note particulière, son volume, sa modulation, un changement de valeur d'un contrôleur, un changement de programme, une pression par canal et une variation de hauteur. D'autres messages "MIDI" peuvent servir à transmettre des données quelconques, comme par exemple le résultat de la conversion analogique-numérique d'un signal analogique d'entrée. L'invention a pour but un dispositif d'acquisition et de traitement de signaux, destiné à la transmission de signaux ou de messages de commande du type précité, par exemple "MIDI", qui permette à un utilisateur de modifier la configuration de ces signaux ou messages de commande et donc de modifier le fonctionnement de l'appareil ou le déroulement du processus commandé par ce dispositif. L'invention propose, à cet effet, un dispositif du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accès à des paramètres de configuration desdits signaux de commande, des moyens de modification de ces paramètres et des moyens de mémorisation des valeurs modifiées de ces paramètres, correspondant à une nouvelle configuration d'au moins certains desdits signaux de commande. Avantageusement, les moyens d'accès aux paramètres de configuration comprennent des menus préenregistrés dans une mémoire du dispositif et affichables sur des moyens de visualisation, et des moyens de sélection de ces menus. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'accès sont du type écran-clavier avec un nombre réduit de touches permettant essentiellement une sélection, une modification et une validation de valeurs de paramètres. De façon générale, l'invention permet de configurer dynamiquement et en temps réel les signaux ou messages de commande qui sont transmis par le dispositif en fonction des signaux fournis par les capteurs, ces signaux ou messages de commande n'étant plus figés dans le temps et permettant de changer le comportement en temps réel de l'appareil commandé ou le déroulement du processus commandé. La configuration dynamique des signaux de commande peut être exécutée à distance par un système hôte pourvu de moyens de communication compatibles avec ceux du dispositif selon l'invention. Dans une application particulière de l'invention, les signaux de commande précités sont configurés conformément au protocole "MIDI" et sont destinés à être appliqués à un ou plusieurs appareils de génération de sons. En variante, ces signaux de commande sont destinés à être appliqués à des moyens de traitement de l'information à logiciel graphique, par exemple du type DAO ou CAO. L'invention sera mieux comprises et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement les composants essentiels d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement l'application de ce dispositif à la commande d'un appareil de génération de sons à partir d'un instrument de musique et des signaux fournis par un capteur. Le dispositif représenté en figure 1 comprend essentiellement une unité 10 de traitement de données comportant des entrées analogiques destinées à être raccordées à des capteurs Cl, C2, C3,..., un multiplexeur analogique 12 et un convertisseur analogique-numérique 14 reliant ces entrées à des moyens de traitement comprenant un microprocesseur ou microcontrôleur, une unité 16 de transmission de données sous forme série, une mémoire vive 18 d'enregistrement de données, une mémoire morte 20 d'enregistrement de programmes et une mémoire non volatile 22 d'enregistrement de valeurs de configuration sélectionnées par l'utilisateur. L'unité de transmission 16 est reliée par un démultiplexeur 24 à des sorties numériques série 26 au nombre de quatre dans l'exemple représenté. Une entrée numérique série 28 est reliée directement au microprocesseur de l'unité de traitement 10 et celle- ci comporte un certain nombre d'entrées binaires 30 et de sorties binaires 32. Une liaison 34 entre l'unité de traitement 10 et le multiplexeur 12 permet de commander ce dernier par des signaux d'horloge pour le multiplexage temporel des signaux fournis par les capteurs Cl, C2, C3,... Le dispositif selon l'invention comprend encore une interface utilisateur 36 du type écran 38 - clavier 40 raccordée de façon classique à l'unité de traitement 10. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'écran 38 est un écran à cristaux liquides comprenant quatre lignes de vingt caractères chacune. Le clavier 40 comprend quatre touches 42 de déplacement d'un curseur sur l'écran 38 (vers le haut, le bas, à gauche et à droite), deux touches 44 de modification de paramètres par augmentation et diminution et une touche de validation 46. Les entrées analogiques du dispositif, destinées à être raccordées aux capteurs Cl, C2, C3,... sont par exemple au nombre de 32 et sont reliées par le multiplexeur 12 au convertisseur analogique-numérique 14 qui, dans cet exemple de réalisation, fonctionne sur huit bits par approximations successives. Les entrées logiques 30 sont par exemple au nombre de huit, de même que les sorties logiques 32. La mémoire non volatile 22 permet de sauvegarder vingt ensembles de configurations, dont chacun peut être identifié par un nom. De façon générale, l'unité de traitement 10 permet de traiter et d'analyser les signaux analogiques fournis par les capteurs, transmis par le multiplexeur 12 et numérisés par le convertisseur 14 et de les convertir en signaux ou messages de commande configurés conformément à un protocole de communication prédéterminé tel que "MIDI" par exemple, ces signaux de commande étant transmis par l'unité 16 et le démultiplexeur 24 aux sorties numériques 26 qui peuvent être chacune reliées à un appareil d'exploitation de ces signaux ou messages de commande. L'interface 36 permet à un utilisateur de modifier la configuration de ces signaux de commande. Avantageusement, les moyens d'accès aux paramètres de configuration des signaux comprennent des menus, visualisables sur l'écran 38. Les touches du clavier permettent à l'utilisateur de sélectionner un menu, de sélectionner un paramètre de configuration dans ce menu, de modifier sa valeur et de valider la valeur modifiée. La modification des paramètres de configuration par l'utilisateur est appliquée immédiatement, en temps réel, aux signaux de commande générés par le dispositif. L'ensemble des paramètres définissant une configuration des signaux de commande peut être enregistré dans la mémoire 22, pour être ensuite réutilisé. Un exemple d'application de l'invention est représenté en figure 2, o la référence 50 désigne un dispositif selon l'invention, tel que celui de la figure 1. Une entrée analogique du dispositif 50 est raccordée à un capteur C1 monté sur un instrument de musique 52, tel qu'une guitare électrique équipée de microphones M reliés à une entrée d'un appareil 54 de génération de sons, cet appareil 54 étant conçu pour recevoir des signaux de commande du type "MIDI" et comportant à cet effet une entrée reliée à une sortie numérique série 26 du dispositif 50. L'appareil 54 est notamment conçu pour générer des effets sonores prédéterminés, sous commande du capteur Cl et du dispositif 50, qui sont appliqués ou ajoutés aux sons produits par l'instrument 52 ou qui transforment ces sons de façon prédéterminée. Deux sorties audio de l'appareil 54 sont reliées par exemple par une table de mixage 56 et un amplificateur audio 58 à des ensembles de haut-parleurs 60. Dans cet exemple d'application, le capteur Cl est actionné par l'utilisateur et peut être un capteur de pression du type à résistance variable en fonction de la pression appliquée à une surface sensible de ce capteur, celui-ci délivrant un signal de tension analogique proportionnelle à la pression exercée. Cette pression est modulable par un doigt du guitariste, notamment lorsque le capteur C1 est monté sur la table de la guitare. Le signal de sortie du capteur Cl est traité par le dispositif 50 selon l'invention qui transmet un message de commande correspondant à l'appareil 54, dans lequel ce signal de commande est utilisé pour modifier conformément à un algorithme prédéterminé les signaux de sortie des microphones de la guitare, par exemple pour la production d'un effet sonore particulier. Les signaux de sortie de l'appareil 54 sont transmis par la table de mixage 56 et l'amplificateur 58 aux ensembles de haut-parleurs 60 qui restituent cet effet sonore particulier. Les capteurs qui peuvent être reliés aux entrées analogiques de l'appareil 50 dans cette application sont par exemple des capteurs de pression, de souffle, de tension musculaire, de déplacement, etc. Ils permettent de réaliser un nouveau contrôleur gestuel pour la commande en temps réel d'appareils de production sonore utilisant des algorithmes informatiques. Les entrées logiques 30 du dispositif 50 peuvent être reliées à des dispositifs de commande tels que des pédales par exemple, générant des signaux logiques ou binaires (par exemple des tensions de zéro et de cinq volts respectivement). Les quatre entrées logiques 30 permettent, quand elles sont utilisées ensemble, de convertir en signal "MIDI" une information codée en binaire sur huit bits. Quand les entrées logiques 30 sont utilisées séparément, le signal reçu par l'une d'elles permet d'agir dynamiquement sur un paramètre de configuration d'un signal "MIDI" associé à une entrée analogique précitée. Les signaux entrant dans le dispositif 50 peuvent être visualisés sur l'écran 38. On peut soit visualiser une entrée analogique parmi les 32 prévues, soit observer simultanément tous les signaux analogiques d'entrée, par exemple chacun sur un petit vu-mètre à sept segments, permettant d'afficher les variations de chaque signal d'entrée sur une échelle graduée de un à sept. Les sorties logiques 32 du dispositif 50 délivrent des signaux du type tout ou rien pour la commande de dispositifs dont le fonctionnement est binaire, par exemple des lampes ou des diodes lumineuses. L'entrée numérique 28 (figure 1) du dispositif selon l'invention lui permet de recevoir des signaux ou messages de commande "MIDI" d'un appareil externe, ces signaux étant destinés à changer certains paramètres de configuration et à piloter les sorties numériques. L'interface utilisateur du dispositif 50 permet de modifier des paramètres de configuration d'un certain nombre de messages "MIDI" tels par exemple que note active, note active plus pression polyphonique, note active avec seuil de déclenchement, changement de valeur d'un contrôleur, changement de valeur d'un contrôleur avec seuil de déclenchement, changement de programme avec seuil de déclenchement, changement de hauteur, pression polyphonique, pression par canal, message exclusif sept bits et message exclusif huit bits. Dans le cas d'un message de note active, le signal analogique traité correspond à une enveloppe évoluant au cours du temps et présentant un maximum. L'unité de traitement 10 analyse cette enveloppe et en repère le maximum. Lorsque celui-ci est atteint, un message "MIDI" du type note active est généré. La vélocité associée à la note est égale au maximum de l'enveloppe. Le numéro de note (définissant la note) qui est contenu dans le message est réglable par l'utilisateur au moyen de l'interface 36 précitée. La note émise est maintenue tant que l'enveloppe du signal analogique reste supérieure à un seuil prédéterminé. Lorsque ce signal passe en dessous du seuil, un message "MIDI" du type note inactive est envoyé pour arrêter la génération de la note. Le seuil de note inactive est calculé à partir du maximum de l'enveloppe du signal analogique et est réglable par l'utilisateur au moyen de l'interface 36. Les explications qui précèdent sont applicables, dans leur principe, à la configuration des autres messages "MIDI" générés par le dispositif selon l'invention. L'invention est également applicable à de nombreux autres domaines, par exemple au domaine graphique pour la gestion des couleurs, des brillances, des positions, etc. sur un écran de visualisation; dans ce cas, des capteurs appropriés, par exemple de pression et de vitesse de déplacement permettent à l'utilisateur de changer les caractéristiques des images apparaissant sur l'écran de visualisation. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'acquisition et de traitement de signaux pour la commande d'un appareil ou d'un processus, comprenant des moyens (10) de traitement de données, des moyens (14) de conversion analogique- numérique de signaux fournis par des capteurs (Cl, C2, C3) et d'application des signaux numérisés aux moyens de traitement de données, ces derniers générant, en fonction des signaux numérisés, des signaux de commande élaborés conformément à un protocole de communication déterminé et ayant des configurations prédéterminées, et des moyens (16) de transmission de ces signaux de commande pour leur application à au moins un appareil ou processus précité (54), caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (36, 38, 40) d'accès à des paramètres de configuration desdits signaux de commande, des moyens (44) de modification de ces paramètres et des moyens (22) de mémorisation des valeurs modifiées de ces paramètres, correspondant à une nouvelle configuration d'au moins certains desdits signaux de commande. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'accès aux paramètres de configuration comprennent des menus préenregistrés dans une mémoire du dispositif et affichables sur des moyens de visualisation (38), et des moyens (42) de sélection de ces menus. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'accès sont du type écran (38) - clavier (40) comportant un nombre réduit de touches (42, 44, 46) essentiellement pour une il sélection, une modification et une validation des paramètres de configuration. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des capteurs précités est un moyen de commande actionnable par un utilisateur. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des entrées de signaux analogiques, reliées aux capteurs précités et des entrées (30) de signaux logiques. 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins une entrée (28) de signaux numériques, en particulier de signaux du même type que les signaux de commande précités. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12) de multiplexage temporel des signaux fournis par les capteurs (C1, C2, C3,...) et d'application des signaux multiplexés aux moyens (14) de conversion analogique-numérique. 8 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sorties (26) des signaux de commande précités sont des sorties série. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également des sorties logiques (32). - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux de commande sont configurés conformément au protocole de communication "MIDI" et sont destinés à être appliqués à un ou plusieurs appareils(54) de génération de sons. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les signaux de commande précités sont destinés à être appliqués à des moyens de traitement de l'information à logiciel graphique, par exemple de DAO ou de CAO.