Brevet FR3049132A1 — publié le 20170922

L'invention concerne un procédé de limitation du bruit impulsionnel dans un signal radio, notamment dans un signal radio FM, en particulier destiné à une mise en oeuvre dans des récepteurs radio embarqués dans des véhicules automobiles. Plus précisément, la présente invention vise un procédé permettant de limiter 5 le bruit impulsionnel lors de la restitution d'un signal radio reçu sous la forme d'un signal radio multiplexé. Comme cela est connu, un récepteur radio FM nécessite des moyens de limitation du bruit pour réduire le bruit impulsionnel ou le bruit de multi-trajet, fréquent dans les signaux radio FM multiplexés. En effet, de façon classique, les signaux radio, en 10 particulier dans la bande FM, destinés à être reçus notamment par des récepteurs radio embarqués à bord de véhicules, sont transmis en multiplex, avec une partie audio, dans la bande de fréquence audible, de 0 Hz à 20 kHz, et, à plus haute fréquence, des informations destinées par exemple à permettre la reconstruction de la stéréo, ou encore des informations relatives au système RDS (pour « Radio Data System » selon 15 l'abréviation anglaise, service de transmission d'informations en parallèle du signal audio, destinées notamment à permettre l'écoute d'une station sans interruption au cours d'un trajet) etc. Dans les récepteurs radio FM conventionnels analogiques, l'élimination du bruit est souvent assurée par un circuit de type « sample and hold », selon l'expression 20 anglaise connue de l'homme du métier, signifiant « échantillonner et tenir », dont la fonction est de remplacer une portion de signal multiplexé pollué par un blanc. Un exemple de dispositif visant à remplacer une portion bruitée d'un signal par une portion de signal blanc est notamment décrit dans le document US 6 577 851 B1. Si elle permet de supprimer des pics de bruit particulièrement désagréables 25 pour l'auditeur, le fait de remplacer les portions bruitées par des blancs conserve une dimension désagréable à l'écoute. Pour pallier cet inconvénient, des récepteurs numériques, plus récents, assurent une détection plus précise des pics dans les signaux radio multiplexés et un filtrage des pics détectés au moyen de filtres passe-bas. 30 Les moyens connus pour limiter le bruit dans des signaux radio FM multiplexés présentent néanmoins des inconvénients, dont les principaux sont les suivants. Lors de la détection de pics dans des signaux radio multiplexés, la détection de « faux positifs », induisant l'entrée en action du filtre passe-bas altérant le signal, sont 35 fréquents, surtout quand la modulation est forte. 3049132 2 Par ailleurs, les techniques dites de « blanking », selon le terme anglais connu de l'homme du métier, consistant à remplacer une portion de signal dans laquelle du bruit impulsionnel est présent par une portion de signal blanc, que ce soit par la mise en oeuvre d'un filtre passe-bas ou par substitution d'une portion de signal polluée par une portion de signal blanc, entraîne une discontinuité du signal restitué, désagréable pour l'auditeur. En effet, ces discontinuités sont systématiques lors de l'activation ou lors de la désactivation de ces moyens de « blanking », et cela introduit de la distorsion dans le signal radio restitué. Il existe donc un besoin pour un limiteur de bruit dans un signal radio 10 multiplexé éliminant ces inconvénients. A cette fin, la présente invention propose un procédé pour limiter le bruit impulsionnel dans un signal radio, notamment un signal radio FM multiplexé, apte à détecter efficacement le bruit impulsionnel dans le signal radio reçu et à remplacer toute portion de signal bruitée par une portion de signal reconstituée par interpolation 15 polynomiale. La détection du bruit impulsionnel est améliorée par la prise en considération, à la fois, du niveau du signal radio reçu, à travers l'analyse du module du rapport entre la composante en phase et la composante en quadrature (module I/O) du signal radio reçu modulé et de la modulation du signal radio reçu, pour détecter la survenance de bruit 20 haute-fréquence. Le remplacement, dans le signal audio, d'une portion de signal radio bruitée par une portion de signal radio reconstituée est améliorée par le fait de réaliser une interpolation polynomiale entre un dernier échantillon conservé du signal radio démodulé et un échantillon de reprise, de façon à éliminer toute discontinuité dans le signal radio 25 restitué, et éviter ainsi les distorsions radio qui en découlent dans les récepteurs radio connus. A cette fin, la présente invention a pour objet un procédé de limitation du bruit dans un signal radio reçu, notamment dans la bande FM, ledit signal radio reçu étant multiplexé suivant une modulation d'amplitude en quadrature, ledit signal radio reçu 30 modulé comprenant une composante en phase et une composante en quadrature, le signal radio reçu étant démodulé pour être constitué d'une succession d'échantillons, et ledit signal radio comportant un risque de bruit impulsionnel susceptible d'altérer un signal radio restitué, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - une première étape de détection d'une chute du module du rapport entre la 35 composante en phase et la composante en quadrature du signal radio reçu modulé, en fonction du module moyen dans le temps du signal radio reçu modulé, 3049132 3 - une deuxième étape de détection de bruit haute-fréquence dans le signal radio reçu démodulé, en fonction d'un seuil, ledit seuil étant déterminé de façon dynamique en fonction de la modulation du signal radio reçu modulé, - une troisième étape de calcul d'un score de bruit impulsionnel, ledit score de 5 bruit impulsionnel étant fonction de la détection réalisée à la première étape et de la détection de bruit haute fréquence réalisée à la deuxième étape, - en fonction du score de bruit impulsionnel calculé à la troisième étape, une quatrième étape de détermination d'un nombre d'échantillons, formant une séquence d'échantillons à substituer, entre un dernier échantillon non bruité conservé et un échantillon non bruité de reprise, dans le signal radio reçu démodulé, - une cinquième étape de création d'une séquence d'échantillons de substitution, par interpolation polynomiale entre le dernier échantillon non bruité conservé et l'échantillon non bruité de reprise, - une sixième étape de restitution d'un signal radio démodulé modifié correspondant au signal radio reçu démodulé dans lequel la séquence d'échantillons à substituer est remplacée par la séquence d'échantillons de substitution. Grâce au procédé selon l'invention, la survenance de bruit impulsionnel dans 20 un signal radio modulé reçu est détectée efficacement et corrigée de façon satisfaisante. Selon un mode de réalisation, à la cinquième étape, l'interpolation polynomiale est fondée sur un polynôme estimé en fonction d'une pluralité d'échantillons non bruités située avant la séquence d'échantillons à substituer dans le signal radio reçu démodulé et d'une pluralité d'échantillons non bruités située après la séquence 25 d'échantillons à substituer dans le signal radio reçu démodulé. Selon un mode de réalisation, la détection d'une chute detecd'pn du module du rapport entre la composante en phase et la composante en quadrature du signal radio reçu vaut : 1 norm(In, Qn) Par ailleurs, le nombre d'échantillons utilisés pour former ladite pluralité d'échantillons non bruités, avant et après la séquence d'échantillons à substituer, varie également en fonction de la fréquence à laquelle survient du bruit dans le signal radio reçu FM. Ainsi, en d'autres termes, la portion de signal corrompue est remplacée par un 35 signal synthétisé à partir d'un polynôme. Les coefficients de ce polynôme sont estimés à l'aide des signaux propres avant et après la portion polluée par le bruit. 3049132 7 Etant donné que la séquence d'échantillons de substitution présente le même composant fréquentiel que ses voisins, la distorsion créée par ce traitement est minime. Le procédé selon l'invention présente notamment les avantages suivants, à savoir : 5 0 que l'adaptation du seuil de détection des pics en fonction du niveau de modulation du signal voulu, permet d'éviter la détection de faux positifs, et ii) que le fait de remplacer la portion de signal corrompue par une interpolation polynômiale estimée des signaux propres voisins minimise la distorsion liée à la suppression du bruit. 10 La figure 2 montre des résultats de simulations relatives à la limitation du bruit dans un signal radio reçu FM bruité 2a, selon les procédés de l'état de l'art 2b et selon l'invention 2c. Comme le montre ces graphiques, le signal restitué après traitement par le procédé selon l'invention 2c est exempt à la fois de bruit impulsionnel et de discontinuité. 15 En résumé, la présente invention propose un procédé pour limiter le bruit impulsionnel dans un signal radio, notamment dans la bande FM, multiplexé et destiné à être reçu par un récepteur FM, embarqué par exemple à bord d'un véhicule. Le procédé selon l'invention comprend la détection et l'évaluation de bruit impulsionnel à travers le calcul d'un score IND, pour une séquence d'échantillons 20 successifs du signal radio démodulé FM MPX, en tenant compte d'une part d'une capacité de détection d'une chute du module du rapport I/O, dépendant notamment des données issues d'un capteur de niveau SL, et d'autre part d'une capacité de détection de bruit haute fréquence, dépendant notamment de données issues d'un capteur de modulation SM. 25 Selon un mode de réalisation, la détection d'une chute du module du rapport I/Q detecd'pn vaut : 1 norm(In, (2n)Thrd "P n o OÙ Thrdrop n = f (Sensor level) et f (-) est une fonction linéaire. Selon un mode de réalisation, la détection de bruit haute fréquence 30 detecnoisen vaut : 1 HPF(MPXn)Thrnoisen o où Thrnoise n = f (Capteur de modulation) et f (-) est une fonction linéaire. Ainsi, selon un mode de réalisation, sur une séquence de N échantillons, correspondant par exemple à la taille d'une mémoire tampon dédiée, le score IND est 3049132 8 donné comme une note allant de 0 à N-1, où 0 indique un signal radio très propre et N-1 indique un signal radio très bruité. Dans ce contexte, le score IND peut être obtenu grâce à l'équation suivante : IND = (cletecd'pn& detecrioisen), 5 où N est le nombre d'échantillons du signal radio démodulé FM MPX dont il est tenu compte, correspondant par exemple à la taille d'une mémoire tampon dédiée. En fonction de ce score IND, l'interpolation polynomiale proposée par la présente invention, pour remplacer une portion de signal polluée par une portion de signal reconstituée, repose sur l'utilisation dudit score IND afin d'annuler un maximum de bruit 10 impulsionnel, sans générer de distorsion dans le signal radio restitué. Il est à noter, par ailleurs, que la présente invention vise également un dispositif limiteur de bruit impulsionnel, destiné à un récepteur radio, notamment un récepteur radio FM, mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. La présente invention est en particulier prévue pour une mise en oeuvre dans 15 le domaine automobile, mais peut également être mise en oeuvre dans d'autres domaines. Il est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS1. Procédé de limitation du bruit dans un signal radio reçu, notamment dans la bande FM, ledit signal radio reçu étant multiplexé suivant une modulation d'amplitude en quadrature, ledit signal radio reçu modulé comprenant une composante en phase et une composante en quadrature, le signal radio reçu étant démodulé pour être constitué d'une succession d'échantillons, et ledit signal radio comportant un risque de bruit impulsionnel susceptible d'altérer un signal radio restitué, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - une première étape de détection d'une chute du module du rapport entre la composante en phase et la composante en quadrature du signal radio reçu modulé, en fonction du module moyen dans le temps du signal radio reçu modulé, - une deuxième étape de détection de bruit haute-fréquence dans le signal radio reçu démodulé, en fonction d'un seuil, ledit seuil étant déterminé de façon dynamique en fonction de la modulation du signal radio reçu modulé, - une troisième étape de calcul d'un score de bruit impulsionnel, ledit score de bruit impulsionnel étant fonction de la détection réalisée à la première étape et de la détection de bruit haute fréquence réalisée à la deuxième étape, - en fonction du score de bruit impulsionnel calculé à la troisième étape, une quatrième étape de détermination d'un nombre d'échantillons, formant une séquence d"échantillons à substituer, entre un dernier échantillon non bruité conservé et un échantillon non bruité de reprise, dans le signal radio reçu démodulé, - une cinquième étape de création d'une séquence d'échantillons de substitution, par interpolation polynomiale entre le dernier échantillon non bruité conservé et l'échantillon non bruité de reprise, - une sixième étape de restitution d'un signal radio démodulé modifié correspondant au signal radio reçu démodulé dans lequel la séquence d'échantillons à substituer est remplacée par la séquence d'échantillons de substitution. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, à la cinquième étape, l'interpolation polynomiale est fondée sur un polynôme estimé en fonction d'une pluralité d'échantillons non bruités située avant la séquence à substituer dans le signal radio reçu 3049132 10 démodulé et d'une pluralité d'échantillons non bruités située après la séquence à substituer dans le signal radio reçu démodulé. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première étape de détection d'une chute detecd'pn du module du rapport entre la 5 composante en phase et la composante en quadrature du signal radio reçu vaut : 1 norm(ln,Qn)Thrd r°P n OÙ Thrdrop n = f (Sensor level) et f (-) est une fonction linéaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième étape de détection de bruit haute-fréquence detecnotsen, en 10 fonction d'un seuil déterminé de façon dynamique, dans le signal radio reçu démodulé, vaut : 1 HPF (MPXn)Thrnoise n Où T hrnoise n = f (Capteur de modulation) et f (-) est une fonction linéaire. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 15 en ce que, lors de la quatrième étape, le score IND est égal à : EnNA- (detecdropn & detecnotsen) où N est le nombre d'échantillons du signal radio reçu démodulé (FM MPX) dont il est tenu compte, correspondant par exemple à la taille d'une mémoire tampon dédiée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 20 en ce que l'interpolation polynomiale est mise en oeuvre entre une séquence précédente d'échantillons propres se terminant par le dernier échantillon conservé et une séquence suivante d'échantillons propres commençant par l'échantillon de reprise. 7. Dispositif de réception radio, apte à recevoir et à démoduler un signal radio multiplexé, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif limiteur de bruit comprenant 25 des moyens pour mettre en oeuvre le procédé de limitation du bruit dans un signal radio reçu, notamment dans la bande FM, selon l'une quelconque des revendications précédentes.