Brevet FR3136582A1 — publié le 20231215

Procédé de synchronisation d'une horloge principale esclave avec une horloge principale ma î tre Le procédé de synchronisation temporelle d'une horloge principale esclave d’un équipement esclave avec une horloge principale maître d'un équipement maître, à partir d'une base de temps commune comporte les étapes de : - recevoir (210) par les équipements maître et esclave des impulsions d’horloge de la base de temps commune ; - procéder (212), depuis les équipements maître et esclave à un horodatage maître et un horodatage esclave d’impulsions horloges reçues de la base de temps commune respectivement sur la base des horloges principales maître et esclave pour produire les informations d’horodatage maître et esclave ; - communiquer (216, 218) les informations d’horodatage maître à l’équipement esclave ; - réguler (220, 222, 224), dans l’équipement esclave, l’horloge principale esclave à partir des informations d’horodatage maître communiquées et des informations d’horodatage esclave produites. Figure pour l'abrégé : 2 Procédé de synchronisation d'une horloge principale esclave avec une horloge principale maître La présente invention concerne un procédé de synchronisation temporelle d'une horloge principale esclave d'un équipement esclave avec une horloge principale maître d'un équipement maître à partir d'une base de temps commune. Il est connu, notamment du document Devialet US 10134442 de synchroniser des systèmes audio à partir d'une base de temps engendrée par une horloge locale de chaque système audio. Ces horloges locales sont synchronisées à partir d'une base de temps commune à 50 ou 60 Hz provenant de la détection des instants de passage du secteur fourni par le réseau d’alimentation électrique par la valeur nulle. Ce procédé de synchronisation souffre toutefois d'un inconvénient qui est qu’il est dépendant de la fréquence du secteur, laquelle varie fortement dans le temps. Cette fréquence varie de l’ordre de 50 à 200 mHz, voire plus, soit des variations de l’ordre de 1000 à 4000 ppm. Ces variations rendent impossible la synchronisation précise entre des systèmes n’employant pas un dispositif de synchronisation similaire. Ce problème se pose par exemple lors de la restitution d'un signal sonore sur des équipements mettant en œuvre le procédé décrit dans le document US 10134442 et d’autres équipements mettant en œuvre un autre procédé de synchronisation. Il est alors difficile de maintenir les écarts temporels de diffusion entre les différents équipements à des valeurs compatibles avec les préconisations de Apple Air Play Legacy, Airplay 2, Google Cast for Audio ou Amazon Multi room Music. Le document US 2006/0233266 décrit un procédé de synchronisation de deux équipements pour la restitution sonore simultanée d’échantillons sonores. Dans ce procédé, les différents équipements détectent des mêmes passages à 0 du secteur et engendrent chacun une base de temps propre. Les échantillons à reproduire sont transmis d'un premier équipement vers les autres équipements en étant accompagnés d'une information temporelle issue de l’équipement émetteur et correspondant à l’instant d’émission dans sa propre base de temps. A partir de cette information, les équipements récepteurs comparent l’instant d’émission de l’échantillon à reproduire avec l’instant de leur propre base de temps et corrigent leur propre base de temps afin de permettre une restitution simultanée. Le procédé décrit dans ce document a principalement pour but de compenser les variations dues au temps de transport des échantillons à reproduire mais ne permet pas une synchronisation fine des bases de temps des différents équipements sur la base des passages par 0 du secteur . L'invention a pour but de proposer un procédé de synchronisation temporelle d‘horloges, l’une maitre et une ou plusieurs esclaves présentes dans des équipements qui, en utilisant une base de temps commune peu stable en fréquence permet toutefois une synchronisation très précise des horloges. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de synchronisation temporelle d'une horloge principale esclave d'un équipement esclave avec une horloge principale maître d'un équipement maître à partir d'une base de temps commune comportant les étapes de : - recevoir par l’équipement maître et par l’équipement esclave des impulsions d’horloge de la base de temps commune ; - procéder, depuis l’équipement maître et depuis l’équipement esclave à un horodatage maître et un horodatage esclave d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune respectivement sur la base de l’horloge principale maître et de l’horloge principale esclave pour produire les informations d’horodatage maître et les informations d’horodatage esclave ; - communiquer les informations d’horodatage maître à l’équipement esclave ; - réguler, dans l’équipement esclave, l’horloge principale esclave à partir des informations d’horodatage maître communiquées et des informations d’horodatage esclave produites. Suivant des modes particuliers de mise en œuvre, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l’étape de réception des impulsions d’horloge de la base de temps commune comporte l’étape de production des impulsions d’horloge, à partir de la détection du passage par au moins un seuil du signal périodique d'un réseau d’alimentation électrique ; - les informations d’horodatage comportent un numéro d’ordre de l’impulsion d’horloge reçue de la base de temps commune et un instant d’horodatage de l’impulsion de l’horloge principale de l’équipement ; - la base de temps de l’horloge maître est produite à partir d'un sous multiple de la fréquence d’horloge d’un cristal, ce sous multiple étant asservi sur une base de temps extérieure ; - la base de temps de l’horloge maître est produite à partir d'un sous multiple de la fréquence d’horloge d’un cristal, ce sous multiple étant fixe ; - la régulation de l’horloge principale esclave met en œuvre un régulateur de type proportionnel intégrale dérivé ; L’invention a également pour objet un équipement de restitution sonore esclave comporte une horloge principale esclave et des moyens de restitution sonore sur la base de l’horloge principale esclave, l’équipement comportant : - des moyens pour recevoir des impulsions d’horloge d’une base de temps commune ; - des moyens pour procéder à un horodatage esclave d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune (30) sur la base de l’horloge principale esclave pour produire des informations d’horodatage esclave ; - des moyens pour recevoir des informations d’horodatage maître d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune produites par un équipement maître ; et - des moyens pour réguler, dans l’équipement esclave, l’horloge principale esclave à partir des informations d’horodatage maître reçues et des informations d’horodatage esclave produits ; L’invention a en outre pour objet un équipement de restitution sonore maître comporte une horloge principale maître et des moyens de restitution sonore sur la base de l’horloge principale maître, l’équipement comportant ensuite : - des moyens pour recevoir des impulsions d’horloge d’une base de temps commune ; - des moyens pour procéder à un horodatage maître d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune sur la base de l’horloge principale maître pour produire des informations d’horodatage maître ; et - des moyens pour transmettre les informations d’horodatage maître à un équipement esclave. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - La est une vue schématique d'un ensemble de restitution sonore comportant un équipement maître et un équipement esclave ; et - La est un organigramme d'un procédé mis en œuvre par le procédé selon l’invention. Sur la sont illustrés deux équipements de restitution sonore, l'un maître noté 12, et l’autre esclave noté 14. Ces deux équipements comportent chacun des moyens 20 de restitution sonore d'un flux audio comportant par exemple une unité de traitement d’information 22 et un amplificateur 24 connecté à un haut-parleur 26. L’unité de traitement d’information 22 est reliée à une source de signal audio 23, tel qu'un réseau wifi, un réseau filaire, ou tout autre moyen de transmission d’information propre à fournir un flux audio constitué d'une succession d’échantillons chacun associé à des informations temporelles de restitution. Chaque équipement 12, 14 est relié à un réseau d’alimentation électrique 30 pour son alimentation et pour fournir une base de temps commune à chacun des deux équipements. Comme connu en soi, le réseau fournit un courant électrique de fréquence de 50 ou 60 Hz suivant la zone géographique. La précision de cette fréquence est couramment de l’ordre de 1000 à 4000 ppm. Chaque équipement 12, 14 comporte, connecté au réseau d’alimentation, un module 32 de détection des alternances du réseau électrique. Ce module met en œuvre un comparateur à hystérésis afin de filtrer d’éventuels parasites présents sur l’alimentation électrique. Les seuils de basculement pour une tension d’alimentation de 230 V sont pris égaux par exemple à 43 V lorsque la tension secteur passe d'une valeur inférieure à 43 V à une valeur supérieure à 43 V et à 11 V lorsque la tension décroît d’une valeur supérieure à 11 V à une valeur inférieure à 11 volts. Avantageusement, lorsque le comparateur à hystérésis s’avère insuffisant à -filtrer les parasites du réseau d’alimentation, un filtre numérique est implémenté dans un processeur, par exemple le processeur de l’alimentation de chaque équipement. Les différents modules 32 de détection des alternances sont propres à fournir en sortie un même signal d’horloge de fréquence égale à 100 Hz ou 120 Hz en fonction de la fréquence du secteur, le signal de sortie formant une base de temps commune pour les deux équipements, dont la fréquence ne dépend que des variations de fréquence du secteur. Chaque équipement 12, 14 comporte une horloge principale qui lui est propre désignée par horloge principale maître 142 pour l’équipement maître 12, et désignée par horloge principale esclave 144 pour l’équipement esclave 114. Chaque horloge comporte un cristal 146, propre à engendrer une fréquence d’horloge de référence par exemple égale à 25 MHz pour chacune des deux horloges. La sortie de chaque cristal 146 est reliée à l’entrée d'un oscillateur à commande numérique 148. Cet oscillateur 148 est propre à diviser la fréquence du signal d’horloge par un coefficient de division reçu sur une entrée 150. L’oscillateur à commande numérique 148 est propre à fournir en sortie une fréquence propre proche de 48 kHz, c’est-à-dire avec un coefficient de division proche de 521. La sortie de l’horloge principale 142, 144 est reliée aux moyens de restitution sonore 20 pour leur fournir une base de temps leur permettant la synchronisation des échantillons et leur restitution simultanée. Selon l'invention, chaque équipement comporte par ailleurs un module d’horodatage 160 relié en sortie de l’horloge principale 142, 144 et dont une entrée de déclenchement est reliée en sortie du circuit électronique de détection des alternances 32 de l’équipement considéré. Ces modules d’horodatage 160 sont propres à horodater chaque détection d’alternance du secteur fournie par le signal issu du module 32. En sortie, le module de l’horodatage fournit pour chaque alternance des informations d’horodatage constituées d’un couple constitué du numéro d’ordre de l’alternance du secteur détectée par le module 32 et de l'instant d’horodatage fourni par l’horloge principale 142, 144. L’horodatage s’effectue donc dans l’équipement 12 dans une base de temps propre à l’horloge principale maître 142 et dans l’équipement 14 dans une base de temps propre à l’horloge principale esclave 144. Les informations d’horodatage sont désignées respectivement par information d’horodatage maître lorsqu’elles sont produites par le module 160 de l’équipement maître 12 et information d’horodatage esclave lorsqu’elles sont produites par le module 160 de l’équipement esclave 14. L’équipement maître 12 comporte, en sortie du circuit d’horodatage 160, des moyens 162 de transmission des informations d’horodatage maître vers un module de réception 164 prévu dans l’équipement esclave 14. Ces moyens de transmission, connus en soi, mettent en œuvre par exemple une technologie de courant porteur, ou encore une technologie wifi ou utilise le réseau 23 de communication assurant la transmission des flux musicaux à reproduire. L’équipement esclave 14 comporte un comparateur 166 propre à déterminer le décalage temporel entre les instants d’horodatage contenus dans les informations d’horodatage maître et esclave pour la détection d’une même alternance effectuée par l’équipement maître 12 et l’équipement esclave 14. Pour vérifier la détection d’une même alternance, le comparateur 166 comporte des moyens de comparaison des numéros d’ordre des alternances contenus dans les informations d’horodatage maître et esclave et est propre à déterminer le décalage temporel pour une détection d’une même alternance entre les instants de détection exprimés pour l’un dans la base de temps de l’horloge maître 142, et pour l’autre, dans la base de temps de l’horloge esclave 144. L’équipement esclave 14 comporte une boucle de régulation 168 propre à commander l’oscillateur à commande numérique 148 à partir du décalage temporel entre les instants d’horodatage afin d’assurer une synchronisation des horloges 142 et 144. Avantageusement, cette boucle de régulation met en œuvre un régulateur 176 de type Proportionnel – Intégral – Dérivé (PID). Ainsi, si l’instant d’horodatage d’une détection d’alternance dans la base de temps produite par l’horloge principale maître 142 est en avance sur l’instant d’horodatage de la même détection d’alternance dans la base de temps produite par l’horloge principale esclave 144, alors le coefficient de division appliqué à l’oscillateur commandé numérique 148 de l’horloge 144 est diminué et porté par exemple à 522 ou 521. Chaque unité de traitement d’information 22 des moyens de restitution sonore de chaque équipement est reliée à la sortie de l’horloge principale 142, 144 et comporte des moyens logiciels pour synthétiser une horloge audio à partir de l’horloge principale de l’équipement. Cette horloge audio est utilisée pour la restitution des échantillons audio comme connu en soi suivant un rythme défini par les informations temporelles de restitution contenues dans le signal audio. Suivant un premier mode de réalisation, l’entrée 150 de l’oscillateur à commande numérique 148 de l’horloge principale maître 142 reçoit une valeur fixe au cours du cours des temps, ici égale à 521 dans l’exemple considéré. En variante, l’équipement maître 142 comporte une chaine d’analyse temporelle d’un signal extérieur propre à recevoir en entrée par exemple un signal optique portant un flux audio en provenance d’un lecteur de DVD. Cette chaine est propre à déterminer la fréquence de l’horloge de diffusion du signal optique et à calculer le rapport de division à appliquer sur l’oscillateur à commande numérique148 de l’horloge principale maître 142, pour que la fréquence de l’horloge principale maître 142 soit égale à la fréquence de l’horloge de diffusion du signal. La sortie de la chaine de détection est reliée sur l’entrée de commande 150 de l’horloge principale maître 142. En variante, tous les équipements sont potentiellement maître et esclave et comportent à cet effet l’ensemble des éléments décrits d’un équipement maître et d’un équipement esclave. Lors de la constitution du réseau, leur statut de maître ou esclave est défini suivant tout mécanisme connu adapté et seuls les éléments propres au statut de l’équipement sont alors mis en œuvre. Le nombre d’équipements esclave est égal à un ou à plus de un. Sur la est illustré le procédé mis en œuvre simultanément par un équipement maître 12 et un équipement esclave 14. Chaque équipement effectue en continu aux étapes 210 une détection d’alternances du secteur depuis les modules de détection 32. Pour chaque détection, un horodatage est effectué à l’étape 212 dans chacune des bases de temps depuis les modules d’horodatage 160 à partir de la base de temps de l’horloge maître 142 pour l’équipement maître 12 et à partir de la base de temps de l’horloge esclave 144 de l’équipement esclave. Les informations d’horodatage à savoir le numéro d’ordre de l’alternance et l’instant de l’alternance sont stockées aux étapes 214. A une fréquence prédéterminée, ou pour chaque détection d’alternance, une transmission des informations d’horodatage non encore transmises est effectuée à l’étape 216 depuis l’équipement maître et ces informations d’horodatage sont réceptionnées à l’étape 218 par l’équipement esclave 14. Un rapprochement des instants d’horodatage d’une même alternance est effectué à l’étape 220 dans l’équipement esclave à partir de l’identification des numéros d’ordre d’alternance identiques. Un calcul du décalage temporel entre les instants d’horodatage d’une alternance de même numéro d’ordre est effectué à l’étape 222, puis à l’étape 224, une nouvelle commande pour l’horloge esclave 144 est calculée et appliquée à cette horloge. Le procédé est mis en œuvre en continu dans les équipements maître 12 et esclave 14. Simultanément, les moyens de restitution sonores 20 assurent la reproduction sonore à partir des échantillons associés à des informations temporelles de restitution reçues depuis la source de signal audio 23. Cette restitution s’effectue sur la base d’une base de temps produite par une horloge audio propre à chaque équipement maître et esclave, chaque horloge audio étant synchronisée sur l’horloge maître 142 pour l’équipement maître 12 et l’horloge esclave 144 pour l’équipement esclave 14. On conçoit qu’avec un tel procédé, même si le secteur formant une base commune de temps aux deux équipements est de fréquence relativement instable, la resynchronisation permanente de l’horloge principale esclave sur l’horloge principale maître à partir d’horodatage des alternances du secteur permet de disposer de deux horloges dans les équipements maître et esclave dont la synchronisation temporelle est très précise. Celle-ci ne dépend pas directement de la fréquence du secteur mais seulement de la détection des instants de détection d’une même alternance du secteur. Procédé de synchronisation temporelle d'une horloge principale esclave (142) d’un équipement esclave (12) avec une horloge principale maître (144) d'un équipement maître (14), à partir d'une base de temps commune (30) comportant les étapes de : - recevoir (210) par l’équipement maître (12) et par l’équipement esclave (14) des impulsions d’horloge de la base de temps commune (30) ; - procéder (212), depuis l’équipement maître (12) et depuis l’équipement esclave (14) à un horodatage maître et un horodatage esclave d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune (30) respectivement sur la base de l’horloge principale maître (142) et de l’horloge principale esclave (144) pour produire les informations d’horodatage maître et les informations d’horodatage esclave ; - communiquer (216, 218) les informations d’horodatage maître à l’équipement esclave (14) ; - réguler (220, 222, 224), dans l’équipement esclave (14), l’horloge principale esclave (144) à partir des informations d’horodatage maître communiquées et des informations d’horodatage esclave produites. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (210) de réception des impulsions d’horloge de la base de temps commune (30) comporte l’étape de production des impulsions d’horloge, à partir de la détection du passage par au moins un seuil du signal périodique d'un réseau d’alimentation électrique (30). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les informations d’horodatage comportent un numéro d’ordre de l’impulsion d’horloge reçue de la base de temps commune et un instant d’horodatage de l’impulsion de l’horloge principale (142, 144) de l’équipement. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la base de temps de l’horloge maître (142, 144) est produite à partir d'un sous multiple de la fréquence d’horloge d’un cristal (146), ce sous multiple étant asservi sur une base de temps extérieure. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la base de temps de l’horloge maître (142, 144) est produite à partir d'un sous multiple de la fréquence d’horloge d’un cristal (146), ce sous multiple étant fixe. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la régulation de l’horloge principale esclave (144) met en œuvre un régulateur de type proportionnel intégrale dérivé (170). Equipement de restitution sonore esclave (14) comportant une horloge principale esclave (144) et des moyens (20) de restitution sonore sur la base de l’horloge principale esclave (12), l’équipement comportant : - des moyens (32) pour recevoir des impulsions d’horloge d’une base de temps commune (30) ; - des moyens (160) pour procéder à un horodatage esclave d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune (30) sur la base de l’horloge principale esclave (144) pour produire des informations d’horodatage esclave ; - des moyens (164) pour recevoir des informations d’horodatage maître d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune produites par un équipement maître (12) ; et - des moyens (166, 168, 170) pour réguler, dans l’équipement esclave (14), l’horloge principale esclave (144) à partir des informations d’horodatage maître reçues et des informations d’horodatage esclave produits. Equipement de restitution sonore maître (12) comportant une horloge principale maître (142) et des moyens (20) de restitution sonore sur la base de l’horloge principale maître (12), l’équipement comportant ensuite : - des moyens (32) pour recevoir des impulsions d’horloge d’une base de temps commune (30) ; - des moyens (160) pour procéder à un horodatage maître d’au moins certaines des impulsions d’horloge reçues de la base de temps commune (30) sur la base de l’horloge principale maître (142) pour produire des informations d’horodatage maître ; et - des moyens (164) pour transmettre les informations d’horodatage maître à un équipement esclave (14).