Brevet FR2976748A1 — publié le 20121221

PROCEDE DE NORMALISATION DE LA PUISSANCE D'UN SIGNAL SONORE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT ASSOCIE [1] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un procédé de normalisation du niveau d'un signal sonore ainsi que le dispositif de traitement associé. [3] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des appareils de restitution sonore, tels que les télévisions numériques, les autoradios, ou les lecteurs de type MP3. [4] ETAT DE LA TECHNIQUE io [05] Il est connu que les signaux sonores à diffuser peuvent présenter des variations de puissance moyenne, soit parce qu'ils proviennent de sources différentes (canaux radio différents, pistes de lectures différentes) présentant chacune des qualités différentes, soit parce que la source elle-même émet un signal dont la qualité varie en fonction du temps. 15 [06] En conséquence, lorsque le signal est diffusé par le dispositif de restitution et amplifié suivant un gain statique, l'auditeur perçoit un son ayant un volume variable, ce qui peut lui être désagréable à l'écoute. [7] Pour résoudre ce problème, on connaît des procédés visant à ajuster la puissance moyenne du signal de sorte que la puissance moyenne 20 du signal diffusée soit constante. A cet effet, un gain variable est appliqué au signal sonore émis par la source dit signal sonore original. [8] Toutefois, les procédés existants ne permettent pas de respecter la dynamique originale du signal sonore de sorte qu'aucun relief sonore n'est perçu par l'auditeur dans le signal final diffusé. 25 [09] OBJET DE L'INVENTION [010] L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient. [011] A cet effet, l'invention concerne un procédé de normalisation de la puissance d'au moins un signal électrique de son, dit signal sonore orignal, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détecter l'enveloppe du signal sonore original de manière à obtenir un 5 signal d'enveloppe, - comparer la valeur en puissance du signal d'enveloppe avec une valeur seuil, - calculer un signal de gain en fonction de cette comparaison, - lisser le signal de gain pour obtenir un signal de gain lissé, io - retarder le signal sonore original d'un retard de manière à obtenir un signal sonore original retardé, et - appliquer le signal de gain lissé sur le signal sonore original retardé de manière à obtenir un signal sonore normalisé ayant une puissance proche de la valeur seuil. 15 [012] Selon une mise en oeuvre, une pluralité de canaux étant associés chacun à au moins un signal électrique de son, le procédé comporte les étapes suivantes : - enregistrer la valeur minimale du signal de gain lissé appliquée sur le signal sonore original retardé du canal en cours lors d'un changement de canal de 20 manière à pouvoir le recharger ultérieurement, - la valeur du signal de gain appliqué sur le signal sonore original retardé du canal étant égale, lors d'une nouvelle sélection du canal, à la somme de la valeur minimale du signal de gain préalablement enregistrée, dite valeur statique, et d'une valeur de gain dynamique, 25 - la valeur du signal de gain dynamique étant calculée à partir de la comparaison entre la valeur en puissance du signal d'enveloppe du canal diminuée de la puissance correspondant au gain statique et de la valeur seuil. [013] Selon une mise en oeuvre, pour obtenir le signal de gain lissé, le 30 procédé comporte l'étape d'intégrer le signal de gain sur un front montant sur une durée plus importante que la durée sur laquelle le signal de gain est intégré sur un front descendant. [014] Selon une mise en oeuvre, pour obtenir le signal de gain lissé, le signal de gain et le signal de gain lissé étant échantillonnés, - la valeur de gain lissé de rang n est fonction de la valeur de gain lissée de rang n-1 et de la soustraction entre la valeur de gain courante de rang n et la valeur de gain lissée de rang n-1 pondérée par une valeur de lissage, - la valeur de lissage étant proche de 1 si la valeur de gain courante est inférieure à la valeur de gain lissée précédente, - la valeur de lissage étant proche de 0 si la valeur de gain courante est inférieure à la valeur de gain lissée précédente. io [015] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte les étapes suivantes : - détecter lorsque la puissance du signal sonore d'origine est inférieure à une valeur seuil pendant une durée seuil, dite durée d'arrêt, - diminuer progressivement le signal de gain lissé à partir de la fin de la 15 durée d'arrêt jusqu'à la valeur de gain unité, - de manière à créer un effet d'arrêt naturel progressif du signal sonore original. [016] Selon une mise en oeuvre, le signal de gain lissé diminue suivant une fonction de type exponentielle décroissante. 20 [017] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de limiter les valeurs du signal de gain supérieures à un seuil, dit seuil limite supérieur, à ce seuil limite supérieur. [18] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de limiter les valeurs du signal de gain inférieures à un seuil, dit seuil limite inférieur, à 25 ce seuil limite inférieur. [19] Selon une mise en oeuvre, la valeur seuil est modifiable par un utilisateur. [20] Selon une mise en oeuvre, le retard appliqué au signal sonore original est compris entre 2 et 3 millisecondes. [21] L'invention concerne en outre un dispositif de traitement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [22] L'invention concerne en outre un dispositif de traitement 5 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [23] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [24] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont io données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [25] Figure 1: une représentation schématique du dispositif de traitement du son selon l'invention sous forme de blocs fonctionnels ; [26] Figure 2 : des représentations graphiques en fonction du temps is des signaux obtenus en sortie des blocs fonctionnels du dispositif de la Figure 1 assurant la limitation en puissance du signal sonore d'origine ; [27] Figure 3 : des représentations graphiques en fonction du temps des signaux des blocs fonctionnels du dispositif de la Figure 1 assurant un arrêt progressif du signal sonore original. 20 [028] Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. [29] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [30] La Figure 1 montre un dispositif 10 de traitement selon l'invention 25 apte à normaliser la puissance d'un signal électrique de son. Ce dispositif 10 de traitement peut être intégré par exemple à l'intérieur d'une télévision numérique, d'un autoradio, ou d'un lecteur de type MP3. [31] Ce dispositif 10 comporte un module 11 de détection d'enveloppe, un module 12 de calcul de gain et un module 13 de lissage de gain. Un module 14 de combinaison et un module 15 de retard permettent d'appliquer le signal de gain lissé obtenu en sortie du module 13 sur le signal sonore original retardé d'un retard T. [032] La Figure 2 montre l'évolution en fonction du temps de la puissance des signaux SI, S2, S5 correspondant respectivement au signal sonore d'origine, au signal obtenu en sortie du module 11, et au signal obtenu en sortie du module 14. La Figure 2 montre également l'évolution dans le temps de la valeur en gain des signaux S3 et S4 obtenus respectivement en sortie des modules 12 et 13. lo [033] Plus précisément, le module 11 détecte l'enveloppe du signal SI sonore original appliqué sur une de ses entrées et génère le signal S2 d'enveloppe. Le module 11 détecte de préférence uniquement une partie El de l'enveloppe du signal SI, l'autre partie E2 étant opposée par rapport à El. [34] Le module 12 compare la valeur du gain du signal S2 d'enveloppe 15 avec une valeur seuil K1. De préférence, la valeur seuil KI comprise entre -6 et -12 dB est modifiable par l'utilisateur. Le module 12 calcule alors un signal S3 de gain en fonction de cette comparaison. Le signal S3 de gain présente des valeurs telles que lorsque le signal S3 de gain est appliqué au signal sonore original SI, le signal obtenu présente sensiblement une puissance 20 égale à la valeur seuil KI sélectionnée par l'utilisateur. [35] De préférence, le module 12 limite les valeurs du signal S3 de gain supérieures à un seuil K2, dit seuil limite supérieur, à ce seuil limite supérieur. De préférence, le module 12 limite également les valeurs du signal S3 de gain inférieures à un seuil K3, dit seuil limite inférieur, à ce seuil limite 25 inférieur. Dans un exemple de mise en oeuvre, le seuil limite supérieur K2 et le seuil limite inférieur K3 valent respectivement plus ou moins 45dB. [36] Le module 13 assure ensuite un lissage du signal de gain S3. A cet effet, le module 13 intègre le signal S3 de gain sur un front montant Fm sur une durée plus importante que la durée sur laquelle le signal S3 de gain 30 est intégré sur un front descendant Fd. Un front montant Fm est observable lorsque le signal S3 de gain passe d'une valeur inférieure à un gain unité à une valeur supérieure au gain unité. Inversement, un front descendant Fd est observable lorsque le signal S3 de gain passe d'une valeur supérieure au gain unité à une valeur inférieure au gain unité. [37] Plus précisément, le signal de gain S3 et le signal de gain lissé S4 ayant été préalablement échantillonnés, chaque échantillon présente un rang 5 donné correspondant à l'instant auquel il a été obtenu. [38] Dans ces conditions, la valeur de gain lissée de rang n (liss(n)) obtenue en sortie du module 13 de lissage est fonction de la valeur de gain lissée de rang n-1 (liss(n-1)) et de la soustraction entre la valeur de gain courante de rang n (cour(n)) et la valeur de gain lissée de rang n-1 (liss(n-1)) to pondérée par une valeur de lissage A comprise entre 0 et 1. [39] Dans un exemple, la valeur de gain lissée de rang n (liss(n)) obtenue en sortie du module 13 vaut : Liss(n)=liss(n-1)+[(cour(n)-liss(n-1))xA] - la valeur de lissage A étant proche de 1 si la valeur de gain courante 15 (cour(n)) est inférieure à la valeur de gain lissée précédente (liss(n-1)) (front descendant). Dans un exemple de mise en oeuvre, la valeur A de lissage est comprise entre 0,90 et 0.98. - la valeur de lissage A étant proche de 0 si la valeur de gain courante (cour(n)) est supérieure à la valeur de gain lissée précédente (liss(n-1)) (front 20 montant). Dans un exemple de mise en oeuvre, la valeur A de lissage est comprise alors entre 0.00001 et 0.00002. [42] On voit sur la Figure 2 représentant le signal S4 de gain lissé obtenu en sortie du module 13 que pour un front montant Fm du gain non lissé (signal S3), le gain augmente lentement vers la valeur cible à atteindre 25 (Gmax). En revanche, pour un front descendant Fd du gain non lissé, le gain descend rapidement vers la valeur cible à atteindre (Gmin). [43] Par ailleurs, le module 15 retarde le signal SI sonore original d'un retard T. Ce retard T correspond au temps nécessaire au dispositif 1 pour élaborer le signal de gain lissé S4. Le retard T est par exemple compris entre 30 2 et 3 millisecondes. [42] Le module 14 de combinaison permet d'appliquer le signal de gain lissé sur le signal Si original retardé de manière à obtenir un signal S5 sonore normalisé ayant une puissance proche de la valeur seuil K1. [43] On s'aperçoit que, grâce à l'invention, les variations D1, D2 de niveau sonore qui existaient dans le signal Si sonore original sont conservées dans le signal sonore normalisé S5 (voir les variations correspondantes Dl' et D2'). En outre, on remarque que la puissance du signal normalisé S5 ne dépasse pas la valeur limite K1 de puissance seuil. [44] Autrement dit, l'invention permet de conserver le relief sonore du io signal sonore original S1. [45] L'invention permet également de diminuer progressivement la puissance du signal sonore original S1 lorsque la puissance du signal sonore original est inférieure à un seuil pendant une durée seuil. [46] A cet effet, un module 20 détecte lorsque la puissance du signal 15 SI sonore original est inférieure à une valeur seuil K4 pendant une durée Toff, dite durée d'arrêt, qui s'étend entre les instants t2 et t3 (cf. Figure 3). Dans une mise en oeuvre, la valeur seuil K4 est de l'ordre de -60dB ; tandis que la durée d'arrêt Toff est de l'ordre de 2000 millisecondes. [47] Un module 21 diminue alors progressivement le signal de gain 20 lissé S4 (qui était proche de son niveau maximum) à partir de la fin de la durée d'arrêt Toff (instant t3) jusqu'à une valeur de gain valant 1. Cela a pour effet de diminuer progressivement la puissance du signal S5 à diffuser qui suit ainsi l'évolution du signal original S1. Suivant une mise en oeuvre, le gain du signal S4 diminue suivant une fonction de type exponentielle 25 décroissante. [48] L'invention permet ainsi de créer un effet d'arrêt naturel progressif du signal de son original (effet sonore dit « fade » en anglais) que l'on rencontre notamment à la fin des morceaux de musique. [49] L'invention sera mise en oeuvre avantageusement avec une 30 pluralité de canaux (chaînes de TV, stations de radio, ...) associés chacun à au moins un signal de son. [50] En effet, dans ce cas de figure, le gain minimal est enregistré lors d'un changement de canal. Ainsi si à l'instant ti, un utilisateur sélectionne un premier canal et qu'à l'instant tj, l'utilisateur change de canal, le gain minimal calculé sur la période entre ti et tj pour le premier canal sera stocké dans une mémoire. Ce gain sera rechargé lorsque ce même premier canal sera de nouveau sélectionné par l'utilisateur. Ainsi, le gain minimal à appliquer est stocké pour chaque canal. [51] Le gain global appliqué sur le ou les signaux d'un canal est alors égal à la somme d'un gain statique correspondant de préférence à la valeur io de gain mininum du canal préalablement enregistré et d'un gain dynamique obtenus selon le procédé exposé ci-dessus. La valeur de gain minimum pourra être régulièrement mise à jour si elle correspond à la valeur de gain minimum de la session précédente, ou figée après avoir été calculée lors d'une première session. Par « session », on entend la sélection du canal par 15 l'utilisateur sur une période de temps donnée qui se termine lorsque l'utilisateur change de canal. [52] Plus précisément, dans ce cas, le signal de gain dynamique est calculé à partir de la comparaison entre le signal S2 auquel on aura préalablement soustrait une puissance correspondant au gain statique et la 20 valeur seuil K1. Comme précédemment exposé, ce signal de gain dynamique est lissé pour ensuite être appliqué sur le signal sonore original retardé de manière à obtenir un signal sonore normalisé ayant une puissance proche de la valeur seuil K1. [53] Ainsi, les variations de gain sont moindres et la dynamique du 25 signal de son originale est complètement respectée. REVENDICATIONS1. Procédé de normalisation de la puissance d'au moins un signal électrique de son, dit signal (Si) sonore orignal, caractérisé en ce qu'il 5 comporte les étapes suivantes : - détecter l'enveloppe du signal (Si) sonore original de manière à obtenir un signal d'enveloppe (S2), - comparer la valeur en puissance du signal d'enveloppe (S2) avec une valeur seuil (KI), io - calculer un signal de gain (S3) en fonction de cette comparaison, - lisser le signal de gain (S3) pour obtenir un signal de gain lissé (S4), - retarder le signal (SI) sonore original d'un retard (T) de manière à obtenir un signal sonore original retardé, et - appliquer le signal (S4) de gain lissé sur le signal (SI) sonore 15 original retardé de manière à obtenir un signal (S5) sonore normalisé ayant une puissance proche de la valeur seuil (KI). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que une pluralité de canaux étant associés chacun à au moins un signal électrique de 20 son, il comporte les étapes suivantes : - enregistrer la valeur minimale du signal de gain lissé (Gmin) appliquée sur le signal sonore original retardé du canal en cours lors d'un changement de canal de manière à pouvoir le recharger ultérieurement, - la valeur du signal de gain appliqué sur le signal (Si) sonore original 25 retardé du canal étant égale, lors d'une nouvelle sélection du canal, à la somme de la valeur minimale du signal de gain préalablement enregistrée, dite valeur statique, et d'une valeur de gain dynamique, - la valeur du signal de gain dynamique étant calculée à partir de la comparaison entre la valeur en puissance du signal d'enveloppe (S2) du 30 canal diminuée de la puissance correspondant au gain statique et de la valeur seuil (K1). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour obtenir le signal de gain lissé, il comporte l'étape d'intégrer le signal de gain 30(S3) sur un front montant (Fm) sur une durée plus importante que la durée sur laquelle le signal de gain (S3) est intégré sur un front descendant (Fd). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour obtenir le signal de gain lissé (S4), le signal de gain (S3) et le signal de gain lissé (S4) étant échantillonnés, - la valeur de gain lissé de rang n (liss(n)) est fonction de la valeur de gain lissée de rang n-1 (liss(n-1)) et de la soustraction entre la valeur de gain courante de rang n (cour(n)) et la valeur de gain lissée de rang n-1 pondérée io par une valeur de lissage (A), - la valeur de lissage (A) étant proche de 1 si la valeur de gain courante (cour(n)) est inférieure à la valeur de gain lissée précédente (liss(n-1)), - la valeur de lissage (A) étant proche de 0 si la valeur de gain 15 courante est inférieure à la valeur de gain lissée précédente. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détecter lorsque la puissance du signal sonore d'origine (Si) est 20 inférieure à une valeur seuil (K4) pendant une durée seuil (Toff), dite durée d'arrêt, - diminuer progressivement le signal de gain lissé (S4) à partir de la fin de la durée d'arrêt (TA) jusqu'à la valeur de gain unité, - de manière à créer un effet d'arrêt naturel progressif du signal 25 sonore original (SI). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal de gain lissé (S4) diminue suivant une fonction de type exponentielle décroissante. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de limiter les valeurs du signal de gain supérieures à un seuil, dit seuil limite supérieur, à ce seuil limite supérieur.. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de limiter les valeurs du signal de gain inférieures à un seuil, dit seuil limite inférieur, à ce seuil limite inférieur. s 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la valeur seuil (K1) est modifiable par un utilisateur. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le retard (T) appliqué au signal sonore original (Si) est compris entre 2 10 et 3 millisecondes. 11. Dispositif de traitement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 15