Brevet FR2857196A1 — publié le 20050107

B B 4 9113 -2- SYSTEME D'ELIMINATION D'ECHOS POUR UN RECEPTEUR DE TELEVISION ANALOGIQUE La présente invention se rapporte à un récepteur de signaux télévisés pouvant éliminer les échos du signal, ou les doubles images parasites, aussi appelées fantômes , apparaissant sur un écran de télévision. L'apparition de fantômes ou d'échos du signal, est due à la réflexion des ondes électromagnétiques par des obstacles tels que des bâtiments ou des montagnes. Ainsi, le signal capté par une antenne de télévision comporte l'onde désirée et une onde de réflexion indésirable; cette dernière a pour cause la réflexion du signal électromagnétique sur un obstacle et donne naissance au fantôme ou écho. Dans les réseaux de communication avec des terminaux mobiles, par exemple une voiture recevant un signal télévisé, le signal entre deux correspondants passe par l'intermédiaire d'ondes radio se propageant dans le canal de transmission. On sait que ce passage par le canal de propagation introduit souvent une partie majeure des perturbations des transmissions. En effet, la grande variété des situations qui peuvent être rencontrées empêche a priori la détermination et la réalisation d'une solution adéquate dans tous les cas. Parmi les perturbations les plus pénalisantes, on distingue en particulier la perte de puissance entre l'émetteur et le récepteur due à la distance les séparant ou lors d'un masquage, la présence d'échos du signal, due au fait que le signal arrive par plusieurs trajets sur une antenne à large faisceau de réception, par réflexion sur les éléments de l'environnement. On peut réduire ces différents problèmes en améliorant les systèmes (par exemple: utilisation de filtres ou d'égaliseurs adaptatifs, augmentation de la puissance émise ou du nombre de sites d'émission). Toutefois, dans le contexte de compétition commerciale, le coût de ces mesures les rend difficiles à mettre en oeuvre. Par ailleurs, certaines solutions techniques qui 2 2857196 pourraient être efficaces ne peuvent pas être mises en uvre sur des réseaux existants sans changements importants des infrastructures. Concernant les antennes, on a envisagé de nombreuses améliorations, notamment de nombreux types d'antennes d'émission et/ou de réception ont été présentés afin de réduire l'effet des perturbations (antennes à faisceau de faible largeur contrôlé en direction d'émission ou de réception). Toutefois, dans les applications des terminaux mobiles, l'utilisation d'une antenne omnidirectionnelle reste préférée pour sa simplicité de mise en oeuvre. Pour tenter de palier aux problèmes susmentionnés, il est connu d'utiliser dans les égaliseurs adaptatifs comme signal de référence les signaux de synchronisation inclus dans le signal de télévision. Comme ces signaux subissent les mêmes perturbations que le reste du signal de télévision, mais le signal d'origine étant connu, il est possible d'égaliser le signal de télévision par un filtre adaptatif, et de modifier les coefficients du filtre pour que sa sortie s'approche du signal de référence comme il devrait être afin de réduire l'influence des perturbations sur les signaux de synchronisation et donc aussi sur le reste du signal de télévision. D'autre part, les systèmes conventionnels non-mobile utilisent le principe de synchronisation du flanc descendant (ou montant) de l'impulsion de synchronisation d'un signal composite vidéo. Par exemple, l'article New method for the implementation of an NTSC digital video decoder , C.C. Kuo & Y.T. Chen, IEEE transactions on Consumer Electronics, Vol. 48, No. 2, mai 2002 décrit une synchronisation du flanc montant. Comme cela est montré à la figure 1, une valeur de seuil est établie qui correspond à 50% de la hauteur de l'impulsion de synchronisation. Toutefois, le niveau d'un signal vidéo sans bruit est déjà proche d'un tel seuil de sorte qu'en présence de bruit, le signal vidéo peut rapidement dépasser le seuil, causant ainsi la perte de synchronisation. Dans les systèmes 3 2857196 mobiles, le niveau de bruit est élevé et donc cette technique conventionnelle ne convient pas pour ces applications. La présente invention a donc pour objectif de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus. Plus précisément, un des objectifs de la présente invention est de remédier à ces inconvénients par un système d'élimination des fantômes sur un récepteur de télévision qui est précis, rapide et peu onéreux. Cet objectif ainsi que d'autres sont atteints grâce à un système d'élimination d'échos de signal de télévision composite sur un récepteur, comprenant au moins une antenne de réception de signal de télévision émis, au moins un récepteur de signaux de télévision relié à chaque antenne, au moins un convertisseur analogique-numérique pour convertir le signal video composite reçu par chaque récepteur en un signal numérique, un synchroniseur recevant en entrée chaque signal numérique converti pour détecter le minimum du signal de synchronisation de ligne de chaque signal vidéo et pour fournir en sortie un signal de référence en phase avec les signaux de télévision, un égaliseur recevant en entrée chaque signal vidéo ainsi que le signal de synchronisation de référence, ledit égaliseur comprenant au moins un filtre adaptatif recevant le signal vidéo, et fournissant un signal vidéo égalisé en sortie, ledit égaliseur fournissant au synchroniseur une information de décalage pour avancer ou retarder le signal de référence fournit à l'égaliseur par le synchroniseur, et un convertisseur numérique- analogique (9) recevant en entrée le signal de sortie de l'égaliseur (8) pour fournir en sortie un signal composite vidéo. Grâce aux caractéristiques de la présente invention, il est 30 possible d'obtenir un système très robuste au bruit tout en éliminant efficacement les fantômes. Avantageusement, le même principe peut être appliqué à un récepteur mobile, mais aussi à un récepteur fixe qui soufre des problèmes des fantômes. 4 2857196 On va décrire ci-après, à titre d'exemple uniquement, un mode de réalisation de l'objet de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1, déjà décrite, montre schématiquement la détection conventionnelle d'une impulsion de synchronisation horizontale, la figure 2 représente un mode de réalisation selon la présente invention, la figure 3 représente plus en détail l'égaliseur montré à 10 la figure 2, la figure 4 montre schématiquement la détection d'une impulsion de synchronisation horizontale selon la présente invention, la figure 5 montre un exemple de la variation du signal 15 d'erreur de synchronisation dans le temps, et La figure 6 décrit la position des filtres blanc et noir dans le flot de données. Un mode de réalisation préféré de la présente invention est expliqué ciaprès à l'aide de la figure 2. Dans cet exemple, il y a deux antennes Al et A2. Bien entendu, le même principe s'applique quand il y a qu'une seule antenne ou quand il y a plus de deux antennes. Le signal sur lequel travaillent la synchronisation et l'égaliseur est un signal vidéo composite. Dans la pratique, il y a fréquemment des perturbations, qui peuvent être dus aux interférences, à la réflexion du signal sur les éléments de l'environnement (multi-trajet), par l'effet Doppler etc., qui résulte en une augmentation du bruit, et en un ou plusieurs échos de signal. Ce signal comporte donc le signal vidéo transmis, du bruit ainsi que des échos. Ce mode de réalisation décrit un système utilisant un récepteur mobile. Bien entendu, le même traitement de signal peut être appliqué à un système qui reçoit les signaux sur un récepteur fixe. Le système d'élimination d'échos du signal vidéo composite 35 d'un récepteur selon l'invention comprend donc au moins une 2857196 antenne de réception de signal de télévision, deux antennes Al et A2 étant représentées ici. Chaque antenne Al, A2 est relié à un récepteur de signaux de télévision 3, 4. Ensuite, le signal reçu par chaque récepteur est fourni en entrée à un convertisseur analogique-numérique ADC 5, 6 pour convertir le signal vidéo composite en un signal numérique. Les signaux numériques sont fournis à un synchroniseur 7 qui est destiné à fournir à l'égaliseur des signaux de synchronisation en phase avec le signal vidéo, par recherche du minimum du signal de synchronisation de ligne de chaque signal vidéo. Selon l'invention, le synchroniseur détermine le début du signal de synchronisation de ligne compris dans le signal composite en détectant le minimum de l'impulsion de synchronisation, comme cela est montré schématiquement à la figure 4. En fait, comme déjà mentionné ci-dessus, dans un récepteur mobile, la présence de bruit ne permet pas une synchronisation fiable en détectant le flanc montant ou descendant du top de synchronisation horizontale. Toutefois, cette détection est moins précise que la détection d'un flanc, car la durée de l'impulsion de synchronisation est de 4,7 s tandis que la durée d'un flanc est inférieure à 0,25 s. Il est donc nécessaire d'effectuer une seconde synchronisation plus précise. La première synchronisation détectant le minimum est appelée ici la 25 synchronisation grossière. Avantageusement, afin d'améliorer la détection du minimum du signal de synchronisation décrite ci-dessus, il est possible d'utiliser, en combinaison avec cette détection de minimum, une détection de dépassement d'un seuil. Quand le minimum a été détecté, on cherche dans une fenêtre de temps le flanc montant, ou descendant, du signal de synchronisation. La durée de la fenêtre est de préférence un peu plus courte que la durée d'une ligne afin d'éviter la détection de deux minima. Le centre de cette fenêtre est placé d'une façon adaptative sur la position du minimum détecté préalablement plus la longueur d'une ligne. 6 2857196 Comme cela est montré à la figure 4, en utilisant cette fenêtre en combinaison avec un seuil, il est possible de détecter plus précisément la synchronisation horizontale tout en étant fiable, car la fenêtre peut prédire la position attendue du minimum. Par exemple, le seuil peut être un pourcentage de l'amplitude du top de synchronisation horizontale. Si la position du passage du seuil est à l'intérieur de la fenêtre, sa valeur est conservée. Sinon, on retient la position du minimum. Donc, une meilleure estimation de la localisation du début 10 de chaque ligne est possible. Le signal vidéo pour chaque signal d'entrée est également fourni à l'égaliseur 8. Cet égaliseur reçoit également en entrée un signal de référence généré par le synchroniseur, qui correspond aux signaux de synchronisation, en phase avec le signal vidéo. L'égaliseur comprend un filtre adaptatif et effectue une seconde synchronisation, dite synchronisation fine, par détection de la position du maximum des coefficients du filtre, comme cela sera expliqué plus en détail ci-après. L'égaliseur fournit en sortie un signal composite égalisé à un convertisseur numérique-analogique DAC 9 qui fournit le signal composite ayant un niveau de bruit plus bas en étant presque dépourvu d'échos de signal. Ce signal de sortie est ensuite envoyé à un téléviseur, indiqué par la référence TV. Comme cela est représenté plus en détail à la figure 3, l'égaliseur comprend un filtre adaptatif pour chaque antenne, chaque filtre adaptatif 11, 12 recevant le signal vidéo, et fournissant un signal vidéo filtré en sortie à un additionneur 14 qui additionne les signaux vidéo filtrés. De préférence, le filtre adaptatif est un filtre à réponse impulsionelle finie (FIR). La sortie de l'additionneur 14 est le signal composite égalisé : Se (n) = X Ci (n) S (n-i) 7 2857196 où S(n) est le signal composite vidéo reçu à l'instant n (cas d'une antenne) et Ci le i-ème coefficient du filtre. Dans certain cas, le signal reçu peut comporter un offset, par rapport au signal de référence fourni par la synchronisation. De plus cet offset peut évoluer au gré de l'évolution du canal de propagation ou en fonction du contenu de l'image. IL est alors souhaitable que l'égaliseur compense cet offset: Se (n) = Co (n) + X Ci (n) S (n-i) Le filtre adaptatif n'est pas nécessairement un FIR. Ce peut être aussi un filtre à réponse impulsionnelle infinie (IIR). La sortie de l'additionneur 14 est soustraite au signal de référence de synchronisation dans un comparateur 16 afin de mettre à jour les coefficients des filtres adaptatifs 11 et 12. Le comparateur 16 donne un signal d'erreur e qui est fourni à un estimateur 17. L'estimateur est un processeur qui modifie les coefficients des filtres adaptatifs 11 et 12 pour minimiser le signal d'erreur s, c'est-à-dire e tend vers O. Un mode de réalisation préféré de cet estimateur est l'algorithme connu sous le terme anglais Least Mean Squares (LMS), dans lequel chaque coefficient Ci du filtre à réponse impulsionnelle finie est remis à jour entre chaque période d'échantillonnage, en fonction de l'erreur et du signal vidéo Si qui est multiplié par ce coefficient dans le filtre: Ci (n+1) = Ci (n) + p Si (n) s (n) où p est une constante qui permet de régler la vitesse d'adaptation des coefficients. Cette adaptation n'est possible que pendant la réception des signaux de synchronisation du signal vidéo. Dans le cas où une correction d'offset a été intégrée au 35 filtre égaliseur, son adaptation sera fonction de l'erreur e: 8 2857196 Co (n+1) = Co (n) + po e (n) où po est une constante spécifique, qui peut permettre 5 d'augmenter la vitesse d'adaptation de ce coefficient par rapport aux autres. Enfin l'égaliseur détecte la position du maximum en valeur absolue des coefficients du filtre et en déduit le décalage à appliquer au signal de référence pour que le plus grand coefficient soit situé au milieu du filtre. Cette information de décalage est la synchronisation fine fournie au synchroniseur pour qu'il applique ce décalage au signal de référence qu'il transmet à l'égaliseur. Dans certaines conditions de réception, il peut être souhaitable de prévoir en outre un filtrage supplémentaire du signal reçu du synchroniseur. En fait, comme cela est déjà mentionné ci-dessus, il est possible d'améliorer la précision du signal de synchronisation en ajoutant une détection de dépassement d'un seuil en combinaison avec la détection de minimum du signal de synchronisation. La valeur de la position détectée correspondant au minimum du signal de synchronisation est appelée MaxPosM. Cette valeur peut être filtré par un filtre de Kalman pour mieux déterminer la vraie valeur de la position. La valeur filtrée est appelée MaxPos. La distance entre deux positions de minima est appelée MeanLineLen, et correspond donc à la durée, en nombre d'échantillons, de la ligne séparant les deux positions MaxPosp et MaxPosp_? . On peut ainsi définir une relation entre les deux valeurs 30 MaxPosp et MaxPosp_1 par la formule suivante: MaxPosp = MaxPosp_, + MeanLineLen p_, + G, x ep MeanLineLenp = MeanLineLen p_, + G2 x ep ep = MaxPosMp - MaxPosp 9 2857196 où Ep est le signal d'erreur qui doit être minimisé, et G; est le gain. En utilisant le régime permanent du filtre de Kalman, les gains sont constants. Ils sont préalablement calculés en fonction de deux paramètres: les variances du bruit de mesure et du bruit d'état. Un exemple pour les gains G est: - G1 = 6. 2-12, - G2 = 1. 2-16. Pendant le suivi, pour avoir une bonne stabilité de la position prédite du prochain minimum, il faut des gains du filtre de Kalman faibles, mais ceci augmente le temps de capture quand on perd la synchronisation ou au moment de l'initialisation. Des gains élevés améliorent la capture et permet donc une synchronisation plus rapide. Il est possible d'adapter les gains en fonction de la variation du signal d'erreur p. Si le signal d'erreur est élevé, c'est-à-dire s'il dépasse un certain seuil, pendant une certaine durée prédéterminée, la synchronisation a été perdue, et il faut donc augmenter le gain pendant une certaine période pour retrouver la synchronisation. Quand le signal d'erreur dépasse le seuil, on ne prend pas en compte la mesure correspondante, pour éviter que cette mesure incorrecte ait une influence négative sur la détermination de la position du prochain minimum, c'est-à-dire on considère que Ep = O. On appelle cet état le gel du filtre. Un exemple de la variation du signal d'erreur telle que décrite ci-dessus est montré à la figure 5. Comme cela est indiqué, on peut forcer la synchronisation en maintenant un gain élevé pendant une certaine période de temps. Le contrôle du filtre de Kalman peut être fait en utilisant une machine à état. Le principe d'une machine à état étant bien connu de l'homme du métier on n'explique pas son fonctionnement ici. Avantageusement, il est encore possible d'améliorer les performances de l'égaliseur en ajoutant des filtres blancs à ses entrées. Un exemple de l'agencement est montré à la figure 6. 2857196 Les filtres blancs 21 peuvent être agencés pour recevoir le signal vidéo mesuré et le signal de référence sorti du synchroniseur 7. Les signaux sont blanchis dans les filtres blancs 21 en utilisant un filtre qui amplifie la composante haute fréquence du signal vidéo composite. Les signaux filtrés entrent ensuite dans l'égaliseur 8 permettant une convergence plus rapide de l'égaliseur. A la sortie de l'égaliseur 8, il faut dans ce cas prévoir un filtre noir 22 afin d'éliminer l'effet du filtre blanc 21 sur le signal vidéo composite. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, il est à noter que plusieurs modifications et/ou améliorations peuvent être apportées au système selon l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. 11 2857196 REVENDICATIONS 1. Système d'élimination d'échos de signal vidéo composite sur un récepteur, comprenant: au moins une antenne (Al, A2) de réception de signal de télévision, au moins un récepteur (3, 4) de signaux de télévision relié à chaque antenne, au moins un convertisseur analogiquenumérique (5, 6) pour 10 convertir le signal composite vidéo reçu par chaque récepteur en un signal numérique, un synchroniseur (7) recevant en entrée chaque signal numérique converti pour détecter le minimum du signal de synchronisation de ligne de chaque signal vidéo et pour fournir en sortie un signal de référence en phase avec les signaux vidéo, un égaliseur (8) recevant en entrée chaque signal vidéo ainsi que le signal de référence de synchronisation, ledit égaliseur (8) comprenant au moins un filtre adaptatif (11, 12) recevant le signal de synchronisation, et fournissant un signal vidéo égalisé en sortie, ledit égaliseur (8) fournissant au synchroniseur (7) une information de décalage pour avancer ou retarder le signal de référence fournit à l'égaliseur (8) par le synchroniseur (7), et un convertisseur numérique-analogique (9) recevant en entrée le signal de sortie de l'égaliseur (8) pour fournir en sortie un signal vidéo analogique. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le système 30 comprend deux antennes (Al, A2). 3. Système selon la revendication 1, dans lequel le système comprend quatre antennes. 12 2857196 4. Système selon la revendication 1 à 3, dans lequel ledit filtre adaptatif dudit égaliseur est un filtre à réponse impulsionnelle finie. 5. Système selon la revendication 1 à 3, dans lequel ledit filtre adaptatif dudit égaliseur est un filtre à réponse impulsionnelle infinie. 6. Système selon la revendication 1 à 5, dans lequel ledit synchroniseur (7) comprend en outre un détecteur de niveau du signal de synchronisation de ligne de chaque signal vidéo, et un comparateur pour comparer la valeur du niveau du signal de synchronisation à une valeur seuil prédéterminée. 7. Système selon la revendication 1 à 6, dans lequel ledit synchroniseur (7) comprend en outre un filtre de Kalman pour filtrer la position du signal de synchronisation de ligne. 8. Système selon la revendication 1 à 7, comprenant en outre un filtre blanc (21) sur chaque entrée de l'égaliseur (8), et un filtre noir agencé entre l'égaliseur (8) et le convertisseur numérique-analogique (9). 9. Système selon la revendication 1 à 8, dans lequel le 25 récepteur est un récepteur mobile. 10. Système selon la revendication 1 à 8, dans lequel le récepteur est un récepteur fixe.