Brevet FR2807255A1 — publié le 20011005

DESCRIPTION La présente invention concerne un appareil portatif muni d'un dispositif de génération de signal acoustique. Un tel appareil portatif peut être, par d'exemple, un radiotéléphone portatif fonctionnant dans un système numérique de télécommunications de type DECT, ou bien dans un système de radiocommunications mobiles de type GSM. La demande de brevet japonais n 09101786A décrit un radiotéléphone portatif comprenant un dispositif génération de signal acoustique permettant de générer des mélodies en utilisant un processeur de signaux numériques tout en disposant de faibles ressources mémoires. Ledit dispositif de génération de mélodie possède une mémoire de données dans laquelle données relatives à la mélodie telles que les notes sont stockées. Un contrôleur lit séquentiellement les données relatives à la note. Un générateur de son produit un signal source periodique ayant la fréquence de la note. Un générateur d'enveloppe produit un signal d'enveloppe qui est combiné avec le signal source afin de générer la mélodie. Le dispositif de generation de signal acoustique de l'art antérieur présente Iinconvénient de générer mélodie à la sonorité peu musicale, et de ce fait peu agréable à entendre pour l'usager. L'invention a de remédier à cet inconvénient, en proposant un appareil portatif muni d'un dispositif de génération de signal acoustique présentant une sonnerie agréable. A cet effet, la présente invention propose un appareil portatif muni d'un dispositif de génération de signal acoustique comprenant - une unité d'entrée destinée à fournir un signal numérique d'entrée, - une ligne à retard destinée à recevoir initialement N échantillons du signal numérique d'entrée, la valeur de N dépendant de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire, à mémoriser et à retarder des valeurs de données associées aux échantillons, - une unité de calcul destinée à combiner au moins deux valeurs de données retardées venant de la ligne à retard afin de former une valeur de donnée modifiée qui est de nouveau mémorisée dans la ligne à retard et retardée de la valeur N, l'ensemble des valeurs de données modifiées formant également un signal de sortie, - une unité de sortie destinée à produire le signal acoustique partir dudit signal de sortie. Un tel dispositif de génération de signal acoustique permet de modifier de façon simple le contenu fréquentiel du signal numérique d'entrée chargé initialement dans la ligne à retard grâce à l'unité de calcul. Le timbre du son obtenu en sortie du dispositif de génération de signal acoustique se trouve enrichi par la présence d'harmoniques en plus de la fréquence fondamentale du signal acoustique. L'appareil portatif comprenant un tel dispositif permet ainsi de générer des mélodies agréables à entendre, les sons produits étant proches des sons naturels, à la différence des appareils portatifs classiques qui génèrent des sons musicalement pauvres à partir de signaux sinusoidaux. La présente invention propose également un appareil portatif muni d'un dispositif de génération de signal acoustique comprenant - des moyens de sur-échantillonnage qui calculent une fréquence de sur- échantillonnage à partir de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire, d'une fréquence d'échantillonnage à laquelle le signal de sortie doit être fourni et d'une longueur maximale de la ligne à retard, la ligne à retard et l'unité de calcul traitant les données à la fréquence de sur-échantillonnage ainsi déterminée, - des moyens de sous-échantillonnage qui sous-échantillonnent le signal de sortie échantillonné à la fréquence de sur-échantillonnage afin de fournir un signal de sortie échantillonné à la fréquence d'échantillonnage à l'unité de sortie. tel dispositif permet d'optimiser le remplissage de la ligne à retard, et par conséquent le traitement du signal numérique d'entrée par l'ensemble ligne à retard plus unité de calcul en fonction de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire. Ces aspects de l'invention ainsi que d'autres aspects plus détaillés apparaîtront plus clairement grâce à la description suivante de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de génération de signal acoustique selon l'invention, - figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de génération de signal acoustique, - la figure 3 est une représentation schématique d'un perfectionnement du mode de réalisation de la figure 2. La figure 1 illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de génération de signal acoustique selon la présente invention. Ce dispositif a été conçu pour un radiotélephone portatif mais peut également être utilisé dans tout autre type d'appareil portatif disposant d'une sonnerie. Un tel dispositif de génération de signal acoustique comprend principalement - une unité d'entrée (IU) destinée à fournir un signal numérique d'entrée (in) ; cette unité d'entrée est par exemple une mémoire dans laquelle stocké un signal de référence, - une ligne à retard (DL) destinée à # être initialement chargée par N échantillons du signal numérique d'entrée, la valeur de N dépendant de la fréquence fondamentale d'un signal acoustique à produire, # mémoriser et retarder de façon cyclique des valeurs de donnees associées aux échantillons, - une unité de calcul (AU) destinée à combiner au moins deux valeurs de données retardées venant de la ligne à retard afin de former une valeur donnée modifiée qui est de nouveau mémorisée dans la ligne à retard et retardée de la période N, l'ensemble des valeurs de données modifiées formant également un signal de sortie (s) dont le contenu fréquentiel comporte la fréquence fondamentale du signal à produire enrichi par des harmoniques d'intensités différentes, - une unité de sortie (OU) destinée à produire un son musical agréable à partir du signal de sortie en le convertissant en signal acoustique analogique audible par l'utilisateur. Dans le mode de réalisation préféré, illustré en figure 2, l'unité d'entrée (IU) comporte une mémoire (MEM) dans laquelle est stocké le signal de référence (in). Ce signal de référence est composé d'échantillons dont la valeur moyenne est nulle et qui représentent un bruit blanc. II constitue le signal d'entrée de la ligne à retard principale (DL). ligne à retard principale permet de charger initialement les N échantillons du signal numérique d'entrée mais également de les mémoriser et de les retarder de la période N, fournissant ainsi à l'unité de calcul des échantillons retardés (Sr,_N). La longueur N de la ligne à retard principale qui est utilisée détermine la fréquence fp de la note à jouer. Par exemple, pour jouer la note C3 de fréquence fondamentale fc3 = 130.80 Hz, le nombre N d'échantillons nécessaires est égal à Fe / fC3 soit 244 échantillons. L'unité de calcul (AU) comprend une ligne à retard unitaire (DU) d'une longueur d'un échantillon et une unité de moyennage (AV) qui reçoit, à un instant d'échantillonnage n, les échantillons issu de la ligne à retard principale (Sn_N) et issu de la ligne à retard unitaire (s,-N_1). L'unité de moyennage détermine alors la valeur de donnée de l'échantillon (sn) du signal de sortie (s) de la façon suivante Sn - Çsustain x (SrrN + S.-N- 1) où cç",ui, est un coefficient de maintien. La mise en oeuvre d'un tel algorithme permet d'obtenir un signal acoustique de fréquence fondamentale fp comportant des harmoniques de fp d'intensités différentes, ce signal acoustique présentant une sonorité proche des sons produits par des instruments de musique. Dans le mode de réalisation préféré, le coefficient de maintien est égal à 1/2 ou très proche de cette valeur, ce qui donne un son ressemblant au son produit par une guitare à la sortie du dispositif de génération de signal acoustique. II apparaîtra cependant à l'homme du métier que l'invention ne se limite pas à la combinaison des deux échantillons retardés décrite ci-dessus mais qu'elle peut s'appliquer à toute combinaison de deux ou plusieurs échantillons retardés en utilisant, le cas échéant d'autres lignes à retard ou en modifiant la fonction réalisee par l'unité de moyennage. Cependant, la solution correspondant au mode de réalisation préféré présente l'avantage de faire appel à de faibles capacités de calcul. Afin d'être converti en un signal audible, le signal de sortie issu de l'unité de calcul est envoyé vers l'unité de sortie (OU). Cette unité de sortie comprend en série - un convertisseur numérique - analogique (DAC) qui convertit le signal numérique de sortie en un signal analogique de sortie, - un filtre passe bas (LPF) qui élimine les fréquences indésirables du signal analogique de sortie, dues notamment au bruit - un amplificateur CAMP) qui amplifie le signal analogique de sortie, - et un haut-parleur (SPK) qui produit le son musical désiré. La figure 3 décrit un perfectionnement du mode réalisation de la figure 2. Dans ce second mode de réalisation, le signal de référence (in) stocké dans la mémoire (MEM) représente un bruit blanc comprenant 128 échantillons codés sur 16 bits. Ce signal de référence a une valeur moyenne nulle et est fixé une fois pour toute pour l'application dans un souci d'économie de l'espace mémoire. Le signal de référence est chargé une ou plusieurs fois dans la ligne à retard (DL) dont la longueur maximale Nmax est également imposée l'application : elle est égale à 256 échantillons dans ce second mode de réalisation, les echantillons, donc l'amplitude du son, étant codés sur 16 bits. Le signal de sortie (s[Fe]) doit être fourni par l'unité de calcul (AU) à l'unité de sortie (OU) à une fréquence d'échantillonnage Fe donnée, qui dans notre cas égale à 32 kHz. Si le traitement des données par la ligne à retard et l'unité de calcul se fait à la fréquence d'échantillonnage Fe, les notes de fréquences élevées vont utiliser une faible partie de la ligne à retard et le signal acoustique, résultant du traitement par l'ensemble constitué de la ligne retard et de l'unité de calcul, ne sera pas de bonne qualité. En effet, le nombre d'échantillons N fournis par l'unité d'entrée à la ligne à retard pour générer une note de fréquence fp est égal à N = Fe / fp où / est la division fournissant une valeur entière de N par défaut. Quand la fréquence fp augmente, le nombre N d'échantillons diminue, résultant en un remplissage de la ligne à retard de moins en moins important et donc à un moins bon traitement des notes de plus haute fréquence. Ainsi, pour jouer la note D5 de fréquence fondamentale fp5 = 587.40 Hz, le nombre N d'échantillons sera égal à Fe / fp5 soit 54 échantillons, ce qui représente moins du quart de la taille maximale Nmax de la ligne retard. Ce second mode de réalisation a pour objet d'adapter de façon dynamique la fréquence de traitement des données par la ligne retard et l'unité de calcul, en fonction la fréquence fondamentale fp du signal acoustique à produire et en tenant compte des contraintes liées à la longueur maximale Nmax de la ligne à retard et à la fréquence d'échantillonnage Fe du signai de sortie. Ce mode de réalisation permet ainsi d'optimiser le remplissage de la ligne à retard pour les hautes fréquences et par conséquent, d'améliorer la qualité sonore desdites fréquences. A cet effet, le dispositif de génération de signal acoustique de la figure 3 comprend moyens de sur-échantillonnage (US). Ces moyens de sur-échantillonnage permettent d'effectuer le traitement des données à une fréquence de sur-échantillonnage Few supérieure à la fréquence d'échantillonnage Fe afin d'obtenir une meilleure précision dans les résultats. Pour cela, les moyens de sur-échantillonnage calculent un coefficient multiplicatif K permettant de passer de la fréquence d'échantillonnage Fe à la fréquence de sur-échantillonnage Few : Few = K x Fe. Ils assurent un remplissage optimal de la ligne à retard de la façon suivante : soit N le nombre d'échantillons correspondant à la fréquence de sur-échantillonnage Few, on a N = Few / fp. Le coefficient K est calculé en maximisant la valeur N tout en s'assurant que cette valeur reste inférieure à Nmax. Pour des raisons d'implémentation, le rapport K est choisi égal à une puissance de 2 dans le second mode de réalisation, soit K = 2', i étant un entier qui est calculé comme suit ï=seuil (log2(fpxNmax/Fe)) où seuil(x) est la fonction qui donne la valeur entière par défaut de x et log2(x) est la fonction qui donne le logarithme base 2 de x. Ainsi, pour jouer la note D5 de fréquence fps = 587.40 Hz, la valeur du rapport K est égal à 4 correspondant à une fréquence de sur-échantillonnage de 128 kHz et le nombre N d'échantillons est égal à Few / fps soit 217 échantillons au lieu des 54 échantillons qui auraient été utilisés avec une fréquence d'échantillonnage Fe égale à 32 kHz. II apparaîtra à l'homme du métier qu'un rapport K différent d'une puissance de 2 tel que, par exemple, K = fp x Nmax / Fe est également possible. Cependant une telle solution nécessite des moyens de calcul plus complexes que ceux utilisés dans le mode de réalisation qui est décrit ici. Le dispositif de génération de signal acoustique comprend également des moyens de sous-échantillonnage (DS) qui permettent de sous-échantillonner le signal de sortie échantillonné à la fréquence de sur-échantillonnage (s[Few]) afin de fournir un signal de sortie échantillonné à la fréquence d'échantillonnage (s[Fe]). Comme le coefficient K est une puissance de 2, les moyens de sous-échantillonnage selon l'invention comprennent des filtres de decimation successifs. Ce second mode de réalisation a pour objet d'éviter des phénomènes parasites lors de transitions entre une note d'amplitude décroissante et un silence, ces transitions se traduisant un claquement. En effet, la ligne à retard est initialisée avec N valeurs de données issues de la mémoire (MEM) quelle que soit la fréquence fondamentale fp de la note. Par conséquent, pour une frequence donnée, le nombre N d'échantillons du signal numérique d'entrée (in) chargé dans la ligne à retard (DL) peut être différent d'un multiple 128, le signal numérique d'entrée comprenant 128 échantillons dont la valeur moyenne est nulle. La ligne à retard contient donc des échantillons qui peuvent avoir une valeur moyenne non nulle et le signal de sortie (s) généré présente alors une composante continue est perçue par l'utilisateur comme un claquement sur les transitions entre un signal d'amplitude décroissante et un silence. Afin de supprimer cette composante continue perturbatrice, le dispositif de génération de signal acoustique comprend des moyens correction (CM) qui calculent la valeur moyenne des valeurs de données contenues dans la ligne à retard et retirent cette valeur moyenne aux valeurs de données du signal de sortie échantillonné à la fréquence de sur-échantillonnage ou à la fréquence d'échantillonnage. Un radiotéléphone portatif comprenant un tel dispositif de génération de signal acoustique permet ainsi de générer des mélodies présentant des sonorités quasi-naturelles proches de celles produites par des instruments de musique et de ce fait beaucoup plus agréables à entendre pour l'utilisateur que les sonneries habituelles produites, par exemple, par les téléphones portables actuellement disponibles sur le marché. II doit être clair que le verbe "comprendre" n'exclut pas la présence d'autres étapes ou éléments que ceux listés dans une revendication. REVENDICATIONS 1. Appareil portatif muni d'un dispositif de génération de signal acoustique comprenant - une unité d'entrée (IU) destinée à fournir un signal numérique d'entrée (in), - une ligne à retard (DL) destinée à recevoir initialement N échantillons du signal numérique d'entrée, la valeur de N dépendant de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire, à mémoriser et à retarder des valeurs de données associées aux échantillons, - une unité de calcul (AU) destinée combiner au moins deux valeurs de données retardées venant de la ligne à retard afin de former une valeur de donnée modifiée qui est de nouveau mémorisée dans la ligne à retard et retardée de la valeur N, l'ensemble des valeurs de données modifiées formant également un signal de sortie (s), - une unité de sortie (OU) destinée produire le signal acoustique à partir dudit signal de sortie. Z. Appareil portatif selon la revendication 1, où ledit dispositif de génération de signal acoustique comprend également - des moyens de sur-échantillonnage (US) qui calculent une fréquence de sur- échantillonnage à partir de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire, d'une fréquence d'échantillonnage à laquelle le signal de sortie doit être fourni et d'une longueur maximale de la ligne à retard (DL), la ligne à retard et l'unité de calcul (AU) traitant les données à la fréquence de sur-échantillonnage ainsi déterminée, - des moyens de sous-échantillonnage (DS) qui sous-échantillonnent le signal de sortie échantillonné à la fréquence de sur-échantillonnage (s[Few]) afin de fournir un signal de sortie échantillonné à la fréquence d'échantillonnage (s[Fe]) à l'unité de sortie. 3. Appareil portatif selon la revendication 1, où le signal numérique d'entrée (in) est constitué d'échantillons dont la valeur moyenne est nulle. 4. Appareil portatif selon la revendication 1, où le signal numérique d'entrée (in) est constitué d'échantillons qui représentent un bruit blanc. 5. Appareil portatif selon la revendication 1, comprenant des moyens de correction (CM) qui calculent une valeur moyenne des valeurs de données contenues dans la ligne à retard et retirent cette valeur moyenne aux valeurs de données du signal de sortie. 6. Appareil portatif selon la revendication 1, où la valeur de donnée d'un échantillon du signal de sortie (sj à un instant d'échantillonnage n est égale à une valeur moyenne d'une valeur de donnée retardée de N (S,-N) et d'une valeur de donnée retardée de N+1 (Sn-N-1)# 7. Appareil portatif selon la revendication 1 où ledit appareil portatif est un radiotéléphone portatif. 8. Méthode permettant de générer un signal de sortie (s) à partir d'un signal numérique d'entrée (in), le signal de sortie étant destiné être converti en signal acoustique sur un appareil portatif, la méthode comprenant - une étape de stockage initial de N échantillons du signal numérique d'entrée dans une table, la valeur de N dépendant de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire, - une étape de retardement dans la table des valeurs de données associées aux échantillons, - une étape de calcul combinant au moins deux valeurs de données retardées issues de la table afin de former une valeur de donnée modifiée qui est de nouveau stockée dans la table et retardee de la valeur N, l'ensemble des valeurs de données modifiées formant également le signal de sortie. 9. Méthode de génération de signal selon la revendication 8 comprenant en outre - une étape de sur-échantillonnage qui calcule une fréquence de sur échantillonnage à partir de la fréquence fondamentale du signal acoustique à produire, d'une fréquence d'échantillonnage à laquelle le signal de sortie doit être fourni et d'une longueur maximale de la table, les étapes de stockage et de calcul traitant les données à la fréquence de sur-échantillonnage ainsi déterminée, - une étape de sous-échantillonnage qui sous-échantillonne le signal de sortie échantillonné à la fréquence de sur-échantillonnage (s[Few]) afin de fournir un signal de sortie échantillonné à la fréquence d'échantillonnage (s[Fe]). 10. Produit de programme d'ordinateur qui comprend une suite d'instructions, qui, . lorsqu'elles sont chargées dans un appareil portatif, font que l'appareil portatif exécute la méthode de génération de signal selon la revendication 8 ou 9.