BE1020218A3 - METHOD FOR IMPROVING THE TEMPORAL RESOLUTION OF INFORMATION PROVIDED BY A COMPOUND FILTER AND CORRESPONDING DEVICE THEREFOR. - Google Patents

Abstract

L'objectif de l'invention est de pouvoir extraire d'un signal filtré (SF), en sortie d'un filtre (FT) disposant d'une résolution en fréquence adaptée, composé par la mise en série (dans cet ordre) de deux filtres (FTA) et (FTB), des informations (SFT) possedant les caractéristiques suivantes : même résolution en fréquence, meilleure résolution temporelle, au prix d'une résolution numérique inférieure. Dans la pratique, l'invention pourra être utilisée dans le contexte d'un banc de filtres composé de plusieurs filtres (FT) opérant en parallèle sur des fréquences différentes.The objective of the invention is to be able to extract from a filtered signal (SF), at the output of a filter (FT) having a suitable frequency resolution, composed by serialization (in this order) of two filters (FTA) and (FTB), information (SFT) having the following characteristics: same frequency resolution, better temporal resolution, at the cost of a lower digital resolution. In practice, the invention can be used in the context of a filter bank composed of several filters (FT) operating in parallel on different frequencies.

Description

PROCEDE POUR AMELIORER LA RESOLUTION TEMPORELLE DES INFORMATIONS POURNIES PAR UN FILTRE COMPOSE ET DISPOSITIF CORRESPONDANTMETHOD FOR IMPROVING THE TEMPORAL RESOLUTION OF THE INFORMATION FOUND BY A COMPOUND FILTER AND CORRESPONDING DEVICE

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUEBACKGROUND TECHNOLOGY

Les procédés d'extractions d'informations à partir de signaux possédant une grande richesse d'information, tels que les signaux audio (signaux musicaux et signaux vocaux notamment) présentent une importance croissante. Ils sont notamment utilisés dans un nombre croissant d'applications telles que par exemple : reconnaissance vocale, analyse de signaux musicaux, détection en téléphonie de signaux de service en présence de signaux vocaux (DTMF dans la littérature anglo saxonne).Methods for extracting information from signals having a great wealth of information, such as audio signals (musical signals and voice signals in particular) are of increasing importance. They are used in a growing number of applications such as for example: voice recognition, musical signal analysis, telephony detection of service signals in the presence of voice signals (DTMF in the English literature).

Plus précisément, ces applications comprennent une étape d'extraction d'informations de fréquence (typiquement : amplitude et évolution de l'amplitude pour des bandes étroites de fréquence extraites du signal), suivies d'étapes de reconnaissance ou d'identification faisant intervenir, souvent à titre principal, ces informations de fréquence. Ces deux étapes font appel à des techniques différentes :traitement du signal pour la première, reconnaissance des formes pour la deuxième. L'étape d'extraction d'informations de fréquence est souvent réalisée au moyen de Transformées de Fourier Glissantes (TFG : STFT (Short TermMore specifically, these applications comprise a step of extracting frequency information (typically: amplitude and amplitude evolution for narrow frequency bands extracted from the signal), followed by recognition or identification steps involving, often, primarily, this frequency information. These two steps involve different techniques: signal processing for the first, pattern recognition for the second. The step of extracting frequency information is often done using Sliding Fourier Transforms (TFG: STFT (Short Term

Fourier Transform dans la littérature anglo saxonne).Fourier Transform in the Anglo-Saxon literature).

Dans ce contexte, la nature et la richesse des informations recueillies au cours de l'étape d'extraction d'informations de fréquence jouent un rôle très significatif pour l'étape suivante de reconnaissance ou d'identification, et donc pour la performance de telles applications dans leur totalité.In this context, the nature and richness of the information gathered during the frequency information extraction step play a very significant role for the next stage of recognition or identification, and therefore for the performance of such information. applications in their entirety.

Le traitement des signaux audio se fait actuellement principalement au moyen de banques de filtres audio opérant en parallèle (selon le principe du « Vocoder » selon la terminologie anglo saxonne) ou, de manière équivalente, de transformées de Fourier à fenêtre (q'est-à-dire opérant sur des signaux préalablement multipliés par une fenêtre). Le signal audio peut avoir fait l'objet de filtrages visant à éliminer ou à rehausser des fréquences, par exemple pour rehausser les fréquences aigues et/ou limiter la bande passante du signal qui fera l'objet du traitement. En revanche, ces traitements opèrent sur le signal audio usuel sans que celui-ci ait subi de changement de fréquence.The processing of audio signals is currently done mainly by means of banks of audio filters operating in parallel (according to the principle of "Vocoder" according to English terminology) or, in an equivalent manner, of Fourier transforms with window (that is, that is, operating on signals previously multiplied by a window). The audio signal may have been filtered to eliminate or enhance frequencies, for example to enhance the high frequencies and / or limit the bandwidth of the signal that will be processed. On the other hand, these processes operate on the usual audio signal without this having undergone a change of frequency.

En conséquence, ces traitements opèrent sur la partie de la bande de fréquences audio qui contient l'essentiel des informations permettant la reconnaissance vocale ou l'identification de la source, c'est-à-dire une bande de fréquences comprenant la bande de fréquence allant de 300 Hz à 3.200 Hz (bande passante pour la téléphonie). Les informations de fréquence obtenues le sont à partir de fenêtres de temps dont la durée est de l'ordre de 10 à 20 millisecondes, durée pendant laquelle les signaux audio sont supposés être stationnaires (ou quasi stationnaires).As a result, these processes operate on the part of the audio frequency band which contains most of the information allowing voice recognition or source identification, that is to say a frequency band comprising the frequency band. ranging from 300 Hz to 3,200 Hz (bandwidth for telephony). The frequency information obtained is from time windows whose duration is of the order of 10 to 20 milliseconds, during which time the audio signals are supposed to be stationary (or quasi-stationary).

Cette hypothèse de stationnarité ou de quasi-stationnarité est dans l'ensemble respectée, mais empêche de bien voir les transitions entre périodes durant lesquelles le signal est stationnaire (ou quasi stationnaire).This hypothesis of stationarity or quasi-stationarity is generally respected, but prevents us from seeing the transitions between periods during which the signal is stationary (or quasi stationary).

Il serait donc particulièrement avantageux de disposer d'informations qui soient à la fois précises en temps et en fréquence, et qui permettent aussi de rejeter au maximum le bruit.It would therefore be particularly advantageous to have information that is both accurate in time and frequency, and that also allow to reject the noise as much as possible.

Dans le cas d'analyse de signal la Transformée de Fourier Glissante (TFG), mais aussi par d'autres techniques telles que l'analyse par Ondelettes, il est un fait connu qu'il n'est pas possible de disposer simultanément d'une bonne résolution en temps et d'une bonne résolution en fréquence. De plus, une bonne réjection du bruit est associé à une analyse aussi précise que possible en fréquence.In the case of signal analysis the Fourier Transforme Glide (TFG), but also by other techniques such as Wavelets analysis, it is a known fact that it is not possible to have simultaneously a good resolution in time and a good frequency resolution. In addition, good noise rejection is associated with as accurate frequency analysis as possible.

En ce qui concerne les signaux électriques que l'invention peut traiter, on constate que les signaux audio sont un cas particulier de signaux électriques générés par un capteur (CA) et représentatifs d'ondes physiques se propageant dans un milieu physique. A titre d'exemple de telles ondes on peut citer : les ondes acoustiques, les ondes électromagnétiques, les ondes sismiques, les ondes ultra sonores, les ondes sonores dans un milieu autre que l'air (eau, corps humain ou animal).With regard to the electrical signals that the invention can process, it is found that the audio signals are a particular case of electrical signals generated by a sensor (CA) and representative of physical waves propagating in a physical medium. Examples of such waves include: acoustic waves, electromagnetic waves, seismic waves, ultrasonic waves, sound waves in a medium other than air (water, human or animal body).

Dans le cadre de la présente invention, on s'intéressera plus particulièrement aux signaux générés par les capteurs (CA) qui sont des signaux électriques dits, « réels », par opposition à des signaux dits « complexes », c'est-à-dire des couples de signaux réels.In the context of the present invention, we will focus more particularly on the signals generated by the sensors (CA) which are so-called "real" electrical signals, as opposed to so-called "complex" signals, ie say couples of real signals.

OBJECTIF DE L'INVENTIONOBJECTIVE OF THE INVENTION

L'objectif de l'invention est de pouvoir extraire d'un signal filtré (SF), en sortie d'un filtre (FT) disposant d'une résolution en fréquence adaptée, composé par la mise en série (dans cet ordre) de deux filtres (FTA) et (FTB), des informations (SFT) possédant les caractéristiques suivantes : - même résolution en fréquence - meilleure résolution temporelle au prix d'une résolution numérique inférieureThe objective of the invention is to be able to extract from a filtered signal (SF), at the output of a filter (FT) having a suitable frequency resolution, composed by serialization (in this order) of two filters (FTA) and (FTB), information (SFT) having the following characteristics: - same frequency resolution - better temporal resolution at the cost of a lower digital resolution

Dans la pratique , l'invention pourra être utilisée dans le contexte d'un banc de filtres composé de plusieurs filtres (FT) opérant en parallèle sur des fréquences différentes.In practice, the invention can be used in the context of a filter bank composed of several filters (FT) operating in parallel on different frequencies.

RESUME DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

Avec cet objectif, comme il sera vu ultérieurement, l'invention propose un procédé pour fournir un signal filtré amélioré (SFT) à partir d'un signal filtré (SF), ledit signal filtré étant obtenu par filtrage d'un signal initial (SI) par un filtre (FT) et étant représentatif d'une onde qui se propage dans un milieu physique, ledit filtre (FT) étant la mise en série d'un premier filtre (FTA) puis d'un second filtre (FTB), ledit procédé étant mis en œuvre sur une plate-forme (PC) de calcul et comprenant les étapes successives suivantes : a) une première étape dans laquelle on effectue une réduction (BRE) du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) pour obtenir un signal filtré réduit (SFR), et b) une seconde étape dans laquelle on filtre le signal filtré réduit (SFR) par un filtre d'inversion (FBI) pour obtenir ledit signal filtré amélioré (SFT), ledit filtre d'inversion (FBI) étant un filtre inverse du second filtre (FTB).With this objective, as will be seen later, the invention proposes a method for providing an improved filtered signal (SFT) from a filtered signal (SF), said filtered signal being obtained by filtering an initial signal (IF ) by a filter (FT) and being representative of a wave propagating in a physical medium, said filter (FT) being the series connection of a first filter (FTA) and then a second filter (FTB), said method being implemented on a computing platform (PC) and comprising the following successive steps: a) a first step in which a reduction (BRE) of the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal ( SF) to obtain a reduced filtered signal (SFR), and b) a second step in which the reduced filtered signal (SFR) is filtered by an inversion filter (FBI) to obtain said improved filtered signal (SFT), said filter inversion (FBI) being a reverse filter of the second filter (FTB).

Dans des mises en œuvre préférées de l'invention, on peut utiliser l'une ou l'autre des dispositions suivantes : la première étape est réalisée en fonction d'une amplitude définie à partir du signal initial (SI) à l'intérieur du filtre (FT) la première étape est réalisée en fonction d'une amplitude définie à l'avance la première étape est réalisée en fonction d'une amplitude définie à l'extérieur du filtre (FT) - le second filtre (FTB) est un filtre à échantillonnage en fréquence (FEF) - le second filtre (FTB) est une des branches d'une transformée de Fourier glissante (TFG)In preferred implementations of the invention, one or other of the following arrangements may be used: the first step is performed according to an amplitude defined from the initial signal (SI) within the filter (FT) the first step is performed according to an amplitude defined in advance the first step is performed as a function of an amplitude defined outside the filter (FT) - the second filter (FTB) is a Frequency Sampling Filter (FSF) - The Second Filter (FTB) is one of the branches of a Sliding Fourier Transform (TFG)

Il sera par ailleurs avantageux de réaliser un dispositif pour fournir un signal filtré amélioré (SFT) à partir d'un signal filtré (SF), ledit dispositif comprenant une plate-forme (PC) de calcul recevant un signal initial (SI) représentatif d'une onde qui se propage dans un milieu physique, et étant adapté pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.It will also be advantageous to provide a device for providing an improved filtered signal (SFT) from a filtered signal (SF), said device comprising a computing platform (PC) receiving an initial signal (SI) representative of a wave propagating in a physical medium, and being adapted to implement the method according to one of claims 1 to 6.

Dans des mises en œuvre préférées de l'invention, on peut utiliser l'une ou l'autre des dispositions suivantes : - un dispositif pour fournir un signal filtré amélioré (SFT), comprenant en outre un capteur (CA) générant ledit signal initial (SI) à partir de ladite onde.In preferred implementations of the invention, one or other of the following arrangements may be used: - a device for providing an improved filtered signal (SFT), further comprising a sensor (CA) generating said initial signal (SI) from said wave.

la plate-forme (PC) est adaptée à des calculs en virgule fixe.the platform (PC) is suitable for fixed-point calculations.

Références relatives à 1'inventionReferences relating to the invention

Dans le domaine du traitement du signal et des filtres utilisables pour extraire des informations audio, on peut citer les références suivantes : Référence 1. Richard G. Lyons "Understanding Digital Signal Processing" Third édition, 2011, Prentice Hall éditeur, Référence 2. Allan V. Oppenheim, Ronald W. Schäfer "Discrete Time Signal Processing", Prentice Hall éditeur, 1999 et 1989, et en particulier la section 10.5 « Fourier Analysis of non stationary signais », et plus particulièrement la section 10.5.1In the field of signal processing and filters usable for extracting audio information, the following references may be cited: Reference 1. Richard G. Lyons "Understanding Digital Signal Processing" Third Edition, 2011, Prentice Hall Publisher, Reference 2. Allan V. Oppenheim, Ronald W. Schäfer "Discrete Time Signal Processing", Prentice Hall publisher, 1999 and 1989, and in particular section 10.5 "Fourier Analysis of Non-stationary Signals", and more particularly section 10.5.1

Time dépendent Fourier Analysis of Speech Signais », ainsi que le problème 5.59 (dont la solution est présentée dans le manuel de solutions correspondant) Référence 3. Demande PCT/BE2011/000052 du 12/08/2011 « Procédé d'Analyse de signaux fournissant des fréquences instantanées et des transformées de Fourier Glissantes et dispositif d'analyse de signaux »Time depend Fourier Analysis of Speech Signals ", as well as the problem 5.59 (whose solution is presented in the corresponding manual of solutions) Reference 3. Application PCT / BE2011 / 000052 of the 12/08/2011« Process of Analysis of signals providing instantaneous frequencies and sliding Fourier transforms and signal analysis device "

PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en références aux figures annexées dans lesquelles :Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description, given by way of non-limiting example, with reference to the appended figures in which:

La Figure 1 montre un exemple de spectrogramme relatif au traitement du signal de parole.Figure 1 shows an example of a spectrogram relating to the processing of the speech signal.

La Figure 2 montre les 3 critères d'optimisation usuels dans le cadre du traitement de signaux.Figure 2 shows the 3 optimization criteria commonly used in signal processing.

La Figure 3 montre le filtre à améliorer dans son ensemble et la Figure 4 les deux filtres en série quicomposent ce filtre.Figure 3 shows the filter to be improved as a whole and Figure 4 the two series filters that compose this filter.

La Figure 5 reprend la Figure 4 et ajoute les deux nouvelles étapes, objet de l'invention.Figure 5 shows Figure 4 and adds the two new steps, object of the invention.

La Figure 6 montre une courbe typique de réponse en fréquence d'un filtre.Figure 6 shows a typical frequency response curve of a filter.

La Figure 7 montre les niveaux des composantes fréquentielles du signal durant les étapes du traitement décrit en Figure 6.Figure 7 shows the levels of frequency components of the signal during the processing steps described in Figure 6.

La Figure 8 et la Figure 9 montrent deux exemples de niveaux des composantes fréquentielles du signal durant les étapes du traitement décrit en Figure 6 et Figure 7.Figure 8 and Figure 9 show two examples of signal frequency component levels during the processing steps described in Figure 6 and Figure 7.

La Figure 10 montre la réponse impulsionnelle d'un filtre en peigne et la Figure 11 celle de son filtre inverse.Figure 10 shows the impulse response of a comb filter and Figure 11 that of its inverse filter.

La Figure 12 illustre la convolution des réponses impulsionnelles décrites en Figure 10 et en Figure 11.Figure 12 illustrates the convolution of the impulse responses described in Figure 10 and Figure 11.

La Figure 13 montre la réponse impulsionnelle d'un filtre inverse d'un filtre en peigne et qui est réalisable physiquement.Figure 13 shows the impulse response of an inverse filter of a comb filter and which is physically feasible.

PRINCIPAUX ELEMENTS TECHNIQUES RELATIFS A L'INVENTIONMAIN TECHNICAL ELEMENTS RELATING TO THE INVENTION

a) Limi tâtions des méthodes actuellesa) Limitations of current methods

Les analyses temps-fréquence traditionnelles , telles que le spectrogramme traditionnellement associé à la transformée de Fourier à fenêtre, ou Transformée de Fourier Glissante (TFG) (« Short Time Fourier Transform » dans la littérature anglo saxonne) se heurtent souvent à une limitation bien connue, parfois appelée « principe d'incertitude » :plus la résolution en fréquence est élevée, plus le temps nécessaire pour disposer de cette information est élevé.Traditional time-frequency analyzes, such as the spectrogram traditionally associated with the Fourier transform with a window, or the Fourier Transform in the Anglo-Saxon literature, often face a well-known limitation. sometimes called the "uncertainty principle": the higher the frequency resolution, the more time it takes to get this information.

La transformée de Fourier standard, en effet, introduit des limitations qui font qu'il n'est pas possible d'avoir simultanément une bonne résolution en temps et une bonne résolution en fréquence. Par exemple, avec une fenêtre de temps d'une durée de 3 à 4 millisecondes, la résolutionen fréquence est au mieux de 300 Hz ou 250 Hz respectivement. On constate ainsi que les vues temps fréquence(appeléesgénéralement « spectrogrammes ») manquent de netteté et de précision.The standard Fourier transform, in fact, introduces limitations that make it impossible to simultaneously have a good resolution in time and a good frequency resolution. For example, with a time window of 3 to 4 milliseconds, the frequency resolution is at best 300 Hz or 250 Hz respectively. It can thus be seen that the time-frequency views (generally called "spectrograms") lack sharpness and precision.

A titre d'exemple, la Figure 1, qui est la reprise de laFor example, Figure 1, which is the recovery of the

Figure 10.18 de la Référence 2, montre les résultats, présentés sous forme de spectrogrammes, de deux analyses par Transformée deFigure 10.18 of Reference 2 shows the results, presented in the form of spectrograms, of two analyzes by

Fourier Glissante avec des fenêtres temporelles de durée différentes. On constate que : - avec la fenêtre temporelle la plus courte (fenêtre de Hamming d'une durée de 6,7 millisecondes), la résolution temporelle est satisfaisante, mais que la résolution fréquentielle ne l'est pas - avec la fenêtre temporelle la plus longue (fenêtre de Hamming d'une durée de 45 millisecondes), la situation est inverse : la résolution fréquentielle est satisfaisante, mais que la résolution temporelle ne l'est pas D'une manière générale, avec les fenêtres temporelles usuelles, la résolution temporelle est d'autant meilleure que la durée de la fenêtre est courte et la résolution temporelle est d'autant meilleure que la durée de la fenêtre est longue.Slippery Fourier with time windows of different duration. It can be seen that: - with the shortest time window (Hamming window with a duration of 6.7 milliseconds), the temporal resolution is satisfactory, but that the frequency resolution is not - with the longest time window long (45 millisecond Hamming window), the situation is the opposite: the frequency resolution is satisfactory, but the temporal resolution is not. In general, with the usual time windows, the temporal resolution is better as the duration of the window is short and the temporal resolution is even better than the duration of the window is long.

La même limitation existe avec d'autres techniques, et notamment les ondelettes (« wavelets » dans la littérature anglo saxonne).The same limitation exists with other techniques, and notably wavelets ("wavelets" in the Anglo-Saxon literature).

b) Les supports de calculs préférentiels pour l'inventionb) The preferred calculation supports for the invention

La présente invention a notamment pour but de permettre de réaliser sur des plates-formes de calcul (PC) particulièrement économiques des traitements du signal particulièrement performants qui nécessitaient jusqu'à présent des plates formes de calcul peu économiques.The present invention is intended in particular to achieve particularly economical computing platforms (PC) particularly effective signal processing that previously required uneconomic computing platforms.

Les plates-formes de calcul particulièrement visées par la présente invention sont les suivantes : a) Composants logiques programmables (« FPGA » dans la littérature anglo saxonne) , en particulier mais de manière non exclusive les FPGA à faible coût, qui travaillent avec des fréquences d'horloge de l'ordre de 100 Mhz b) Circuits intégrés dédiés (« ASIC » dans la littérature anglo saxonne)The computing platforms particularly targeted by the present invention are the following: a) Programmable logic components ("FPGA" in the English literature), in particular but not exclusively low-cost FPGAs, which work with frequencies clock of the order of 100 Mhz b) Integrated circuits dedicated ("ASIC" in the Anglo-Saxon literature)

On remarquera que ces plates formes de calcul permettent de réaliser des systèmes autonomes et embarqués, par exemple alimentés par piles ou accumulateurs électriques.It will be noted that these computing platforms make it possible to produce autonomous and embedded systems, for example powered by batteries or electric accumulators.

Par ailleurs, ces plates formes ont des fréquences de travail très élevées (des fréquences d'horloge de plusieurs dizaines de Mhz ou plus) , mais ne sont pas dotées en standard de possibilités de calculs en virgule flottante. Il est toujours possible de réaliser des calculs en virgule flottante sur ces plates-formes, mais ce type de calcul est très consommateurs en ressources (en temps ou en surface de circuit utilisée).In addition, these platforms have very high working frequencies (clock frequencies of several tens of MHz or more), but do not have as standard floating-point computation possibilities. It is still possible to perform floating-point calculations on these platforms, but this type of calculation is very resource-intensive (in time or circuit surface used).

En conséquence, la solution habituellement utilisée est d'effectuer les calculs en virgule fixe. Toutefois, dans la plupart des cas, il s'ensuit une perte de précision numérique significative.As a result, the usual solution is to perform fixed-point calculations. However, in most cases, there is a significant loss of numerical accuracy.

La liste précédente de plates-formes est donnée à titre indicatif et d'autres types de plates formes de calcul peuvent aussi être utilisées.The previous list of platforms is given for guidance and other types of computing platforms may also be used.

c) Les principaux types de signaux concernes par 1'invention L'invention permet notamment de traiter d'une manière particulièrement avantageuse les signaux dont la fréquence utile est inférieure d'au moins un ordre de grandeur à la fréquence de travail des plates-formes de calcul.c) The main types of signals concerned by the invention The invention makes it possible in particular to deal in a particularly advantageous manner with signals whose useful frequency is at least an order of magnitude less than the working frequency of the platforms. Calculation.

Ces signaux incluent donc les signaux audio (qui sont échantillonnés, suivant les applications, à des fréquences variant typiquement de 8 Khz (téléphonie) à 96 Kz (haute fidélité professionnelle).These signals therefore include the audio signals (which are sampled, according to the applications, at frequencies varying typically from 8 Khz (telephony) to 96 Kz (high professional fidelity).

Des signaux de toute nature, provenant par exemple de capteurs médicaux (sons relatifs au corps notamment) ou industriels, dont la fréquence est comparable ou inférieure à celle des signaux audio peuvent être traités avantageusement par 1'invention.Signals of any kind, for example derived from medical (including body-related) or industrial sensors, whose frequency is comparable to or lower than that of audio signals can be advantageously treated by the invention.

La liste précédente de types de signaux est donnée à titre d'exemple et d'autres types de signaux pourront faire l'objet de traitements dans le cadre de l'invention.The foregoing list of signal types is given by way of example and other types of signals may be processed in the context of the invention.

d) Représentation numérique des signaux concernes par l'invention - Définitionsd) Digital representation of the signals concerned by the invention - Definitions

Dans le cadre de l'invention, et de manière tout à fait classique, les valeurs des signaux sont représentés sous forme de nombres binaires. Ces valeurs peuvent être réelles ou complexes, et exprimées en virgule fixe ou en virgule flottante.In the context of the invention, and in a very conventional manner, the values of the signals are represented in the form of binary numbers. These values can be real or complex, and expressed in fixed or floating point.

Le format d'un nombre binaire est typiquement exprimé dans la littérature anglo-saxonne en « bits », qui est un raccourci pour « binary digits ». Le terme « position binaire » sera dans le reste du document synonyme de « bit ».The format of a binary number is typically expressed in the Anglo-Saxon literature in "bits", which is a shorthand for "binary digits". The term "binary position" will be in the rest of the document synonymous with "bit".

On utilisera la notion d'amplitude d'un signal, définie de manière classique pour un signal réel ou un signal complexe. Cette amplitude pourra être une amplitude instantanée (calculée sur un échantillon) ou une amplitude moyennée sur une durée courte par rapport à la durée typique d'un signal (sauf indication contraire, la moyenne portera sur une durée de l'ordre de 2 à 10 % de la durée des fenêtres temporelles utilisées).We will use the notion of amplitude of a signal, defined in a conventional manner for a real signal or a complex signal. This amplitude may be an instantaneous amplitude (calculated on a sample) or an amplitude averaged over a short duration with respect to the typical duration of a signal (unless otherwise indicated, the average will relate to a duration of the order of 2 to 10 % of the duration of the time windows used).

On constate par ailleurs que pour un nombre, réel ou complexe, exprimé en virgule flottante, la résolution numérique relative (c'est-à-dire exprimée en pourcentage de la valeur du nombre) est liée au nombre de positions binaires de la mantisse.We also note that for a real or complex number, expressed in floating point, the relative numerical resolution (that is to say expressed as a percentage of the value of the number) is related to the number of binary positions of the mantissa.

Pour un nombre, réel ou complexe, exprimé en virgule fixe, la résolution numérique peut être exprimée : - soit de manière absolue, par rapport au nombre total de positions binaires du format utilisé soit de manière relative (c'est-à-dire exprimée en pourcentage de la valeur du nombre), par rapport au nombre total de positions binaires utilisé pour représenter ce nombre (c'est-à-dire, pour un nombre positif, le nombre de positions binaires allant de la position binaire significative de poids le plus fort à la position binaire significative de poids le plus faible).For a number, real or complex, expressed in fixed point, the numerical resolution can be expressed: - either absolutely, with respect to the total number of bit positions of the used format or in a relative way (that is to say expressed as a percentage of the value of the number), relative to the total number of bit positions used to represent that number (i.e., for a positive number, the number of bit positions ranging from the significant bit position of the stronger at the significant binary position of the lowest weight).

Dans la suite du document, sauf indication contraire, les amplitudes et les niveaux seront exprimés en décibels (dB) , c'est-à-dire 20 fois le logarithme à base 10 de leur valeur. On sait par ailleurs que 6, 0206... dB (c'est-à-dire en pratique 6dB) d'atténuation en amplitude correspondent à un facteur deux pour cette amplitude, c'est-à-dire une position binaire. Il est donc équivalent, sur le principe, de raisonner en décibels ou en nombre de positions binaires.In the remainder of the document, unless otherwise indicated, the amplitudes and levels will be expressed in decibels (dB), i.e. 20 times the logarithm based on their value. It is known moreover that 6, 0206 ... dB (that is to say in practice 6dB) attenuation in amplitude correspond to a factor of two for this amplitude, that is to say a binary position. It is therefore equivalent, in principle, to reason in decibels or in number of binary positions.

e) La notion de réduction du nombre de positions binaires significativese) The notion of reducing the number of significant bit positions

Dans le cadre de l'invention, on utilisera la notion de réduction du nombre de positions binaires significatives.In the context of the invention, the notion of reducing the number of significant bit positions will be used.

D'une manière générale, il s'agit de réduire la précision numérique d'une valeur en tronquant la représentation de cette valeur pour supprimer au moins une position binaire significative, en partant de la position binaire la moins significative (celle de poids le moins fort) et en allant vers la position binaire la plus significative (celle de poids le plus fort). On remarquera que cette opération est définie sans ambigüité pour un nombre positif ; pour un nombre négatif, en revanche, la définition de cette opération dépend du type de représentation utilisée : signe/valeur absolue, complément à 1, complément à 2, ...In general, it is a question of reducing the numerical precision of a value by truncating the representation of this value to remove at least one significant bit position, starting from the least significant bit position (that of least significant weight strong) and going to the most significant bit position (the one with the highest weight). Note that this operation is unambiguously defined for a positive number; for a negative number, on the other hand, the definition of this operation depends on the type of representation used: sign / absolute value, complement to 1, complement to 2, ...

Par exemple, si un nombre positif est exprimé sur 16 positions binaires significatives et que son nombre de positions binaires est réduite de 7 positions, les 7 positions binaires de poids faibles sont supprimées et les 9 positions binaires de poids fort sont gardées.For example, if a positive number is expressed on 16 significant bit positions and its number of bit positions is reduced by 7 positions, the 7 least significant bit positions are removed and the 9 most significant bit positions are kept.

f) Les types de filtres considérés D'une manière générale, dans la suite du document on s'intéressera plus particulièrement aux filtres à réponse finie, en raison de leurs meilleures possibilités de réponse en phase (possibilité de réponse à phase linéaire, c'est-à-dire à délai de groupe constant). On remarquera aussi que si on raisonne avec des représentations numériques avec un nombre fini de positions binaires, un filtre à réponse infinie peut alors, en pratique, être considéré comme un filtre à réponse finie.f) The types of filters considered In a general way, in the rest of the document we will be interested more particularly in the filters with finite answer, because of their better possibilities of response in phase (possibility of answer to linear phase, it that is, constant group delay). It will also be noted that if we reason with numerical representations with a finite number of bit positions, an infinite-response filter can then, in practice, be considered as a finite-response filter.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Sur les différentes figures, on a conservé les mêmes références pour désigner des éléments identiques ou similaires.In the various figures, the same references have been retained to designate identical or similar elements.

1) Vue d'ens^rrihie de l'invention1) A View of the Invention

Le procédé selon l'invention a pour objectif la mise en œuvre d'un procédé d'analyse d'un signal initial (SI), représentatif d'une onde qui se propage dans un milieu physique, pour extraire : - à partir des informations numériques (SF) fournies par un filtre (FT) , qui est la mise en série d'un premier filtre (FTA) et d'un deuxième filtre(FTB), - des informations numériques (SFT) dont la résolution temporelle est celle du premier filtre (FTA) seul, comprenant les étapes suivantes: a) une première étape dans laquelle on effectue une réduction (BRE) du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) pour obtenir un signal filtré réduit (SFR), et b) une seconde étape dans laquelle on filtre le signal filtré réduit (SFR) par un filtre d'inversion (FBI) pour obtenir ledit signal filtré amélioré (SFT), ledit filtre d'inversion (FBI) étant un filtre inverse du second filtre (FTB).The method according to the invention aims to implement a method for analyzing an initial signal (SI), representative of a wave that propagates in a physical medium, to extract: - from the information digital (SF) provided by a filter (FT), which is the serialization of a first filter (FTA) and a second filter (FTB), - digital information (SFT) whose temporal resolution is that of the first filter (FTA) alone, comprising the following steps: a) a first step in which a reduction (BRE) of the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) is performed to obtain a reduced filtered signal (SFR) , and b) a second step in which the reduced filtered signal (SFR) is filtered by an inverting filter (FBI) to obtain said improved filtered signal (SFT), said inverting filter (FBI) being an inverse filter of the second filter (FTB).

2) Principe général de l'invention2) General principle of the invention

Le procédé selon l'invention traite en entrée des échantillons d'un signal initial (SI), échantillonné à une fréquence d'échantillonnage (FE).The method according to the invention processes as input samples of an initial signal (SI), sampled at a sampling frequency (FE).

Ces échantillons sont, dans une première étape et de manière classique, traités successivement et dans cet ordre par les deux filtres (FTA) et (FTB) dont la mise en série compose le filtre (FT), pour fournir un signal filtré (SF) (voir Figure 4).These samples are, in a first step and in a conventional manner, treated successively and in this order by the two filters (FTA) and (FTB) whose setting in series composes the filter (FT), to provide a filtered signal (SF) (see Figure 4).

L'invention consiste en l'adjonction de deux étapes supplémentaires (voir Figure 5) adaptées pour générer à partir du signal filtré (SF) un signal filtré avec une résolution temporelle améliorée (SFT), contenant les mêmes composantes fréquentielles : a) une première étape dans laquelle on effectue une réduction (BRE) du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) pour obtenir un signal filtré réduit (SFR), et b) une seconde étape dans laquelle on filtre le signal filtré réduit (SFR) par un filtre d'inversion (FBI) pour obtenir ledit signal filtré amélioré (SFT) , ledit filtre d'inversion (FBI) étant un filtre inverse du second filtre (FTB).The invention consists in the addition of two additional steps (see FIG. 5) adapted to generate from the filtered signal (SF) a filtered signal with an improved temporal resolution (SFT), containing the same frequency components: a) a first a step of performing a reduction (BRE) of the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) to obtain a reduced filtered signal (SFR), and b) a second step in which the reduced filtered signal is filtered ( SFR) by an inverting filter (FBI) to obtain said improved filtered signal (SFT), said inverting filter (FBI) being an inverse filter of the second filter (FTB).

3) Principe détaillé de l'invention3) Detailed principle of the invention

La Figure 6 montre une courbe de réponse typique d'un filtre passe-bande en fonction de la fréquence du signal d'entrée. La bande de fréquence utile est comprise entre les fréquences (FA) et (FB), et : - à l'intérieur de cette bande l'atténuation est au maximum de (ATT) décibels (dB) à l'extérieur de cette bande de fréquence, l'atténuation est au minimum de (ATT) dB.Figure 6 shows a typical response curve of a bandpass filter as a function of the frequency of the input signal. The useful frequency band is between the frequencies (FA) and (FB), and: - within this band the attenuation is at the maximum of (ATT) decibels (dB) outside this band of frequency, the attenuation is at least (ATT) dB.

Les différentes composantes fréquentielles suivantes sont traitées de manière différente dans le cadre de l'invention : a) signal utile situé dans la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB) b) signal utile situé en dehors de la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB) c) bruit (supposé additif) ajouté au signal utile situé dans la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB)) d) bruit (supposé additif) ajouté au signal utile situé en dehors de la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB) e) Bruit de traitement ajouté par l'étape (BRE) : En effet l'étape (BRE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) est équivalente à ajouter un bruit égal en amplitude et opposé en signe à la valeur du nombre composé par les positions binaires suppriméesThe following different frequency components are treated differently in the context of the invention: a) useful signal located in the frequency band between (FA) and (FB) b) useful signal located outside the frequency band included between (FA) and (FB) c) noise (assumed additive) added to the wanted signal in the frequency band between (FA) and (FB)) d) noise (assumed additive) added to the useful signal located outside the frequency band between (FA) and (FB) e) Treatment noise added by the step (BRE): Indeed the step (BRE) of reducing the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal ( SF) is equivalent to adding a noise equal in amplitude and opposite in sign to the value of the number composed by the binary positions removed

La Figure 7 détaille les niveaux des différentes composantes f réquentielles du signal (points a) à e) de la liste précédente) durant le traitement par les différentes étapes de l'invention décrites en Figure 5.Figure 7 details the levels of the different fequential components of the signal (points a) to e) of the previous list) during the processing by the different steps of the invention described in Figure 5.

La Figure 8 montre un cas de figure dans lequel le niveau maximal (NMB) des signaux dans la bande passante du filtre (FT) est supérieur au niveau maximal (NMH) des signaux hors de la bande passante du filtre (FT), la différence de ces deux niveaux (supposés exprimés en décibels) étant (NMI).Figure 8 shows a case in which the maximum level (NMB) of the signals in the filter bandwidth (FT) is greater than the maximum level (NMH) of the signals out of the filter bandwidth (FT), the difference of these two levels (assumed to be in decibels) being (NMI).

La Figure 9 montre un cas de figure dans lequel le niveau maximal (NMB) des signaux dans la bande passante du filtre (FT) est inférieur au niveau maximal (NMH) des signaux hors de la bande passante du filtre (FT) , la différence de ces deux niveaux (supposés exprimés en décibels) étant (NMI).Figure 9 shows a case in which the maximum level (NMB) of the signals in the filter bandwidth (FT) is less than the maximum level (NMH) of the signals out of the filter bandwidth (FT), the difference of these two levels (assumed to be in decibels) being (NMI).

Ces deux situations peuvent apparaître dans la réalité. Par exemple, dans un signal musical typique le niveau sonore des basses et des médiums est supérieur à celui des fréquences aigues. Si la bande passante du filtre (FT) est dans les fréquences basses ou moyennes, la situation sera typiquement celle de la Figure 8. Si la bande passante du filtre (FT) est dans les fréquences aigues, la situation sera typiquement celle de la Figure 9.These two situations may appear in reality. For example, in a typical musical signal the sound level of the bass and midrange is higher than that of the high frequencies. If the bandwidth of the filter (FT) is in the low or medium frequencies, the situation will typically be that of Figure 8. If the filter bandwidth (FT) is in the high frequencies, the situation will typically be that of the Figure. 9.

4) Justification de l'étape (ERE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF)4) Justification of the step (ERE) of reduction of the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF)

Un point très important de l'invention est le suivant : - Si l'amplitude des composantes fréquentielles en dehors de la bande de fréquences comprise entre les fréquences (FA) et (FB) est suffisamment réduite en sortie du filtre (FT) - Alors la représentation numérique de ces composantes fréquentielles en dehors de la bande de fréquences comprise entre les fréquences (FA) et (FB) réside dans les positions binaires les moins significatives du signal filtré (SF).A very important point of the invention is the following: - If the amplitude of the frequency components outside the frequency band between the frequencies (FA) and (FB) is sufficiently reduced at the output of the filter (FT) - Then the digital representation of these frequency components outside the frequency band between the frequencies (FA) and (FB) lies in the least significant bit positions of the filtered signal (SF).

Dans ces conditions : - Si on effectue une étape (BRE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) disponible en sortie du deuxième filtre (FTB), pour fournir en sortie un signal filtré réduit (SFR) - Alors les composantes fréquentielles en dehors de la bande de fréquences comprise entre les fréquences (FA) et (FB) sont supprimées dans le signal filtré réduit (SFR)Under these conditions: - If a step is taken (BRE) to reduce the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) available at the output of the second filter (FTB), to output a reduced filtered signal (SFR ) - Then the frequency components outside the frequency band between the frequencies (FA) and (FB) are suppressed in the reduced filtered signal (SFR)

On remarquera aussi que l'étape (BRE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) ne modifie pas significativement l'amplitude du signal filtré (SF) (elle la minore légèrement), mais diminue de manière appréciable la résolution (ou la précision numérique) du signal filtré (SF).It will also be noted that the step (BRE) of reducing the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) does not significantly modify the amplitude of the filtered signal (SF) (it slightly lowers it), but decreases by appreciable resolution (or numerical accuracy) of the filtered signal (SF).

5) L'étape (EBE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF)5) The step (EBE) of reducing the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF)

Dans l'étape (BRE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) on limite le nombre de positions binaires significatives du signal filtré (SF) pour créer le signal filtré réduit (SFR) à un nombre de positions binaires qui correspond : a) au minimum à la valeur absolue de l'atténuation (ATT) en décibels b) de manière préférentielle et lorsque possible, à la somme de la valeur absolue de l'atténuation (ATT) en décibels et de la valeur absolue de la plus grande différence de niveau (NDI ) possible dans l'application considérée et le cas illustré par la Figure 9, exprimée en décibelsIn the step (BRE) of reducing the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF), the number of significant bit positions of the filtered signal (SF) is limited to create the reduced filtered signal (SFR) to a number binary positions which corresponds to: a) at least the absolute attenuation value (ATT) in decibels b) preferentially and where possible, to the sum of the absolute value of the attenuation (ATT) in decibels and of the absolute value of the largest difference in level (NDI) possible in the application in question and the case illustrated in Figure 9, expressed in decibels

La situation définie dans le point b) ci-dessus permet en effet de garantir que toutes les composantes fréquentielles en dehors des fréquences (FA) et (FB) sont bien supprimées.The situation defined in point b) above makes it possible to guarantee that all the frequency components outside the frequencies (FA) and (FB) are suppressed.

La définition du nombre de positions binaires significatives restantes du signal filtré réduit (SFR) et l'atténuation (ATT) dépend de l'application considérée et n'a pas toujours besoin d'être mathématiquement exacte, le point important est une suppression très significative des composantes fréquentielles en dehors de la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB).The definition of the number of significant bit positions remaining of the reduced filtered signal (SFR) and attenuation (ATT) depends on the considered application and does not always need to be mathematically exact, the important point is a very significant deletion frequency components outside the frequency band between (FA) and (FB).

En conséquence, la résolution en fréquence d'un signal provenant su traitement par un filtre dont la réponse en fréquence est quelconque ne pourra pas, pour l'essentiel, contenir de composante fréquentielle en dehors de la bande de fréquence comprise entre les fréquences (FA) et (FB).Consequently, the frequency resolution of a signal coming from treatment with a filter whose frequency response is arbitrary can not, for the most part, contain a frequency component outside the frequency band between the frequencies (FA ) and (FB).

Il suffit alors de traité le signal filtré réduit (SFR) par le filtre (FBI), qui est un filtre inverse du deuxième filtre (FTB) pour disposer d'un signal filtré avec une résolution temporelle améliorée (SFT) , qui possèdes les caractéristiques suivantes : - résolution temporelle correspondant à celle du premier filtre (FTA) seul - contenu en composantes fréquentielles correspondant à la mise en série du premier filtre (FTA) et du deuxième filtre (FTB)It is then sufficient to process the reduced filtered signal (SFR) by the filter (FBI), which is an inverse filter of the second filter (FTB) to have a filtered signal with an improved temporal resolution (SFT), which has the characteristics following: - temporal resolution corresponding to that of the first filter (FTA) alone - content in frequency components corresponding to the serialization of the first filter (FTA) and the second filter (FTB)

En revanche, la résolution numérique, et donc le rapport signal sur bruit a été diminuée. En se reportant à la Figure 2, on constate que l'on a une résolution fréquentielle et une résolution temporelles toutes deux avantageuses, au prix de traitements supplémentaires et d'une résolution numérique réduite, mais qui est typiquement suffisante.On the other hand, the digital resolution, and therefore the signal-to-noise ratio has been decreased. Referring to FIG. 2, it can be seen that both temporal resolution and temporal resolution are advantageous, at the cost of additional processing and a reduced numerical resolution, but which is typically sufficient.

6) Premier exemple6) First example

Par exemple, si le filtre (FT) est composé de la mise en série d'un premier filtre (FTA) et d'un deuxième filtre (FTB) mettant en œuvre chacun une fenêtre classique de Hamming (atténuation des lobes secondaires avec une fenêtre de Hamming = -43 dB ; la mise en œuvre peut être réalisée dans le domaine temporel ou dans le domaine fréquentiel), et de longueurs égales ou comparables, le filtre composé de la mise en série du premier filtre (FTA) et du deuxième filtre (FTB) a une valeur de (ATT) égale à -86 dB, soit un peu mieux que 14 positions binaires.For example, if the filter (FT) is composed of the serialization of a first filter (FTA) and a second filter (FTB) each implementing a conventional Hamming window (attenuation of the side lobes with a window of Hamming = -43 dB, the implementation can be realized in the time domain or in the frequency domain), and of equal or comparable lengths, the composite filter of the series connection of the first filter (FTA) and the second filter (FTB) has a value of (ATT) equal to -86 dB, which is slightly better than 14 bit positions.

En se limitant à un nombre (NBR) de positions binaires significatives restantes de 10 ou 12, il est possible de gérer des variations appréciables d'amplitude ou des incertitudes sur l'amplitude des différentes composantes fréquentielles, et on obtient bien une résolution numérique suffisante pour détecter et observer les variations rapides de fréquence du signal initial (SI) .By limiting itself to a number (NBR) of significant remaining bit positions of 10 or 12, it is possible to handle appreciable amplitude variations or uncertainties on the amplitude of the different frequency components, and a sufficient numerical resolution is obtained. for detecting and observing rapid frequency variations of the initial signal (SI).

En se limitant à un nombre (NBR) de positions binaires significatives restantes de 8, il est possible' de gérer des variations significatives d'amplitude ou des incertitudes sur l'amplitude des différentes composantes fréquentielles (voir la valeur (NDI) dans les Figures 8 et 9 ; pour le cas de la Figure 9, la valeur (NDI) qui peut être mathématiquement compensée est de 6 positions binaires, soit 36 dB) , et on remarquera que 8 positions binaires significatives est une valeur suffisante pour effectuer des mesures utiles sur un signal. Par exemple, la plupart des oscilloscopes numériques ont une résolution de 8 positions binaires significatives pour l'opération de numérisation du signal d'entrée, et donc pour toutes les opérations ultérieures de calcul, de visualisation ou de mesures de paramètres.By confining itself to a number (NBR) of significant remaining bit positions of 8, it is possible to handle significant amplitude variations or uncertainties on the amplitude of the different frequency components (see the (NDI) value in FIGS. 8 and 9, for the case of Figure 9, the (NDI) value that can be mathematically compensated is 6 bit positions, ie 36 dB), and it will be noted that 8 significant bit positions is a value sufficient to perform useful measurements on a signal. For example, most digital oscilloscopes have a resolution of 8 significant bit positions for the operation of digitizing the input signal, and therefore for all subsequent operations of calculation, visualization or measurement of parameters.

7) Deuxième exemple7) Second example

Si dans l'exemple précédent le premier filtre (FTA) est lui-même composé de la mise en série de deux filtres (FAI) et (FA2) mettant en œuvre chacun une fenêtre classique de Hamming (atténuation des lobes secondaires avec une fenêtre de Hamming = -43 dB) , et de longueurs égales ou comparables, le filtre composé de la mise en série de (FTA) et (FTB) a une valeur de (ATT) égale à -129 dB, soit un peu mieux que 22 positions binaires.If in the previous example the first filter (FTA) is itself composed of the serialization of two filters (FAI) and (FA2) each implementing a conventional Hamming window (attenuation of the side lobes with a window of Hamming = -43 dB), and of equal or comparable lengths, the composite filter of the (FTA) and (FTB) series has a value of (ATT) equal to -129 dB, a little better than 22 positions binaries.

On remarque que dans ce deuxième exemple, il est possible de gérer des valeurs de la différence (NDI) significativement plus importantes que dans l'exemple précédent, soit 12 positions binaires ou 72 dB, en se limitant à un nombre (NBR) de positions binaires significatives restantes de 10.Note that in this second example, it is possible to handle significantly larger difference values (NDI) than in the previous example, ie 12 bit positions or 72 dB, limited to a number (NBR) of positions significant bits remaining from 10.

8) Le choix du nombre des positions binaires significatives (NBR) supprimées D'une manière générale, le choix du nombre de positions binaires significatives (NBR) supprimées dépend de l'application considérée, et si l'application comprend plusieurs filtres (FT) opérant en parallèle sur des fréquences différentes dans le cadre d'une banque de filtres, ce choix peut dépendre du filtre (FT) considéré.8) The choice of the number of significant bit positions (NBR) removed In general, the choice of the number of significant bit positions (NBR) removed depends on the application considered, and if the application includes multiple filters (FT) operating in parallel on different frequencies in the context of a bank of filters, this choice may depend on the filter (FT) considered.

Par exemple, comme il a déjà été vu, dans un signal musical typique le niveau sonore des basses et des médiums est supérieur à celui des fréquences aigues. Si l'application est une banque filtres (FT) opérant en parallèle sur différentes fréquences audio d'un signal musical typique : - Pour un filtre (FT) dont la bande passante du filtre (FT) est dans les fréquences basses ou moyennes, la situation sera fréquemment celle de la Figure 8, mais typiquement des situations du type de la Figure 9 pourront apparaître - Pour un filtre (FT) dont la bande passante du filtre (FT) est dans les fréquences aigues, la situation sera typiquement celle de la Figure 9, des situations du type de la Figure 8 pourront apparaître occasionnellementFor example, as has already been seen, in a typical musical signal the sound level of the bass and midrange is higher than that of the high frequencies. If the application is a filter bank (FT) operating in parallel on different audio frequencies of a typical musical signal: - For a filter (FT) whose filter bandwidth (FT) is in the low or medium frequencies, the This situation will frequently be that of FIG. 8, but typically situations of the type of FIG. 9 may appear. For a filter (FT) whose filter bandwidth (FT) is in the high frequencies, the situation will typically be that of the Figure 9, situations of the type of Figure 8 may occasionally appear

Cet exemple montre l'intérêt se plusieurs méthodes alternatives pour le choix du nombre de positions binaires à supprimer. En particulier ce choix peut être réalisé en fonction de : a) l'amplitude d'un signal traité par le filtre (FT), par exemple pour un des filtres de l'exemple dont la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB) comprend une composante fréquentielle d'amplitude relative forte par rapport aux autres composantes fréquentielles b) une amplitude variable définie à l'extérieur du filtre (FT) , par exemple pour un des filtres de l'exemple dont la bande de fréquences comprise entre (FA) et (FB) comprend des composante fréquentielles d'amplitude relative faible par rapport aux autres composantes fréquentielles (l'amplitude variable peut alors être par exemple l'amplitude d'une autre composante fréquentielle ou l'amplitude du signal initial) c) une amplitude définie à l'avance, par exemple constante ou lentement variable par rapport aux variations des signaux analysésThis example shows the interest of several alternative methods for choosing the number of bit positions to delete. In particular, this choice can be made as a function of: a) the amplitude of a signal processed by the filter (FT), for example for one of the filters of the example whose frequency band between (FA) and ( FB) comprises a frequency component of strong relative amplitude relative to the other frequency components b) a variable amplitude defined outside the filter (FT), for example for one of the filters of the example whose frequency band between (FA) and (FB) comprises frequency components of low relative amplitude with respect to the other frequency components (the variable amplitude can then be for example the amplitude of another frequency component or the amplitude of the initial signal) c ) an amplitude defined in advance, for example constant or slowly variable with respect to the variations of the analyzed signals

Par ailleurs, et selon l'application considérée, les amplitudes mentionnées dans les points a) et b) ci-dessus, peuvent être des amplitudes instantanées, des amplitudes moyennées sur une période courte par rapport à la durée de la fenêtre temporelle, ou bien des amplitudes moyennées sur une période comparable ou longue par rapport à la durée de la fenêtre temporelle du filtre (FT) ou de ses composantes.Moreover, and according to the application considered, the amplitudes mentioned in points a) and b) above, may be instantaneous amplitudes, amplitudes averaged over a short period with respect to the duration of the time window, or averaged amplitudes over a comparable or long period with respect to the duration of the time window of the filter (FT) or its components.

Si les nombres sont représentés en virgule flottante, une manière particulièrement simple et avantageuse de réaliser l'étape (BRE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) est de supprimer ou mettre à zéro des positions binaires de poids faibles de la mantisse.If the numbers are represented in floating point, a particularly simple and advantageous way of performing the step (BRE) of reducing the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) is to suppress or zero binary positions of low weight of the mantissa.

Si les nombres sont représentés en virgule fixe, une manière avantageuse de réaliser l'étape (BRE) de réduction du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) est de : a) déterminer pour chaque échantillon numérique du signal filtré (SF) la position binaire significative de poids le plus important (PBH) (c'est-à-dire pour un nombre positif la position binaire de poids le plus haut et contenant un 1 et pour un nombre négatif on réalise l'opération équivalente en tenant compte du type de représentation numérique utilisée : signe/grandeur, complément à 1, complément à 2, ...) b) garder le nombre convenu de positions binaires en allant de la position (PBH) et en allant vers les positions binaires de poids le plus faible (cette opération est définie de manière unique pour un nombre positif et pour un nombre négatif on réalise l'opération équivalente en tenant compte du type de représentation numérique utilisée)If the numbers are represented as a fixed point, an advantageous way of performing the step (BRE) of reducing the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) is: a) determining for each digital sample of the filtered signal (SF) the most important significant bit position (PBH) (that is, for a positive number the highest-order binary position containing a 1 and for a negative number the equivalent operation is performed taking into account the type of digital representation used: sign / size, complement to 1, complement to 2, ...) b) keep the agreed number of bit positions by going from the position (PBH) and going to the binary positions of the lowest weight (this operation is uniquely defined for a positive number and for a negative number the equivalent operation is performed taking into account the type of numerical representation used)

Cette méthode est équivalente à la méthode décrite ci-dessus pour les nombres en virgule flottante. Alternativement, il est possible de garder un nombre de positions binaires défini à l'avance en partant d'une position binaire définie à l'avance dans le format (par exemple : la position binaire la plus significative).This method is equivalent to the method described above for floating point numbers. Alternatively, it is possible to keep a number of bit positions defined in advance starting from a bit position defined in advance in the format (for example: the most significant bit position).

9) Un exemple de filtre sélectif avantageux : le filtre à échantillonnage de fréquence9) An example of an advantageous selective filter: the frequency sampling filter

Les qualités pour le choix d'un filtre pour l'inventionThe qualities for choosing a filter for the invention

Les qualités souhaitées en général pour le choix du filtre (FT), et d'une manière générale de ses deux parties (FTA) et (FTB) sont de natures diverses : a) meilleure précision numérique possible, avec une réalisation en virgule fixe b) délai prévisible en fonction de la fréquence (pour une séquence donnée d'échantillons en sortie du filtre sélectif, on veut pouvoir connaître avec le plus de résolution possible quelle est la séquence du signal d'entrée qui correspond à cette séquence en sortie) c) possibilité de choisir la bande passante du filtre d) utilisation possible du filtre dans de très nombreuses applicationsThe desired qualities in general for the choice of the filter (FT), and in general of its two parts (FTA) and (FTB) are of various natures: a) best numerical precision possible, with a realization in fixed point b ) predictable delay as a function of frequency (for a given sequence of samples at the output of the selective filter, we want to be able to know with as much resolution as possible what is the sequence of the input signal which corresponds to this output sequence) c ) possibility of choosing the bandwidth of the filter d) possible use of the filter in many applications

Un type de filtre avantageuxAn advantageous filter type

De manière avantageuse, il existe un type de filtre qui présente les caractéristiques suivantes : a) Calculs 100 % exacts b) Filtre linéaire en phase, c'est-à-dire présentant un délai de groupe (c'est-à-dire le délai de réponse du filtre en fonction de la fréquence) constant c) Possibilité de choisir la bande passante souhaitéeAdvantageously, there is a type of filter which has the following characteristics: a) 100% exact calculations b) Linear phase filter, that is to say having a group delay (that is to say the filter response time as a function of frequency) constant c) Ability to select the desired bandwidth

Un tel filtre est un filtre (FEF) dit à « échantillonnage de fréquence » (« frequency sampling filter » dans la littérature anglo saxonne ; la Référence 1 décrit en détail ce type de filtre), et il est constitué de 2 éléments en cascade : 1) Un filtre « en peigne » (« comb filter » dans la littérature anglo saxonne), constitué d'un sommateur et d'une ligne à retard ; ce filtre ne contient que des zéros et pas de pôle 2) Un filtre avec un pôle (ou deux pôles conjugués) situés sur le cercle unité du plan complexe (avec un seul pôle, le filtre est à coefficients complexes, avec deux pôles conjugués, il est à coefficients réels)Such a filter is a filter (FEF) said to "frequency sampling filter" in the English literature, the Reference 1 describes in detail this type of filter), and it consists of 2 elements in cascade: 1) A "comb filter" ("comb filter" in the Anglo-Saxon literature), consisting of an adder and a delay line; this filter contains only zeros and no pole 2) A filter with a pole (or two conjugate poles) located on the unit circle of the complex plane (with a single pole, the filter has complex coefficients, with two conjugated poles, it is with real coefficients)

Le point important dans ce type de filtre est que le ou les zéros doivent compenser exactement les pôles, et l'exactitude de cette compensation est un point très important pour le bon fonctionnement du filtre.The important point in this type of filter is that the zeros must exactly compensate the poles, and the accuracy of this compensation is a very important point for the proper functioning of the filter.

Par ailleurs, la Référence 1 indique dans sa section 7.5 « Frequency Sampling Filters : The lost art » indique qu'il est possible de réaliser avec ce type de filtre des filtres à coefficients réels ou complexes dont la réponse en fréquence et en phase est arbitraire. En conséquence, si l'on sait appliquer l'invention à ce type de filtres, on peut appliquer l'invention à des filtres à réponse finie quelconques.Moreover, Reference 1 indicates in section 7.5 "Frequency Sampling Filters: The lost art" indicates that it is possible to achieve with this type of filter filters with real or complex coefficients whose frequency response and phase is arbitrary . Accordingly, if it is known to apply the invention to this type of filters, the invention can be applied to any finite-response filters.

La détermination d'un filtre inverseThe determination of an inverse filter

Pour la détermination d'un filtre inverse d'un filtre (FEF) à échantillonnage de fréquence, on constate que : a) Un filtre inverse d'un résonateur est un filtre composé d'un zéro à la fréquence du résonateur (FZF) b) Un filtre inverse d'un filtre en peigne (PE) est le filtre causal infini (FPI) dont la réponse impulsionnelle est décrite en Figure 8 : si N est la durée du filtre en peigne exprimée en nombre d'échantillons du signal, le filtre causal infini (FPI) génère une nouvelle impulsion positive à chaque N périodes d'échantillonnage du signalFor the determination of an inverse filter of a frequency sampling filter (FEF), it can be seen that: a) An inverse filter of a resonator is a filter composed of a zero at the frequency of the resonator (FZF). ) An inverse filter of a comb filter (PE) is the infinite causal filter (FPI) whose impulse response is described in Figure 8: if N is the duration of the comb filter expressed in number of samples of the signal, the infinite causal filter (FPI) generates a new positive pulse at each N signal sampling periods

La Figure 11 symbolise la réponse impulsionnelle du filtre causal infini (FPI), et la Figure 12 représente la convolution des réponses impulsionnelles, c'est-à-dire la mise en cascade, d'un filtre en peigne (PE) et du filtre causal infini (FPI), dont le résultat est l'impulsion unité, ce qui montre que ces deux filtres sont l'inverse l'un de l'autre.Figure 11 symbolizes the impulse response of the infinite causal filter (FPI), and Figure 12 represents the convolution of the impulse responses, i.e. cascading, of a comb filter (PE) and the filter infinite causal (FPI), the result of which is the unit impulse, which shows that these two filters are the inverse of each other.

Le problème 5.59 de la Référence 2 décrit les possibilités d'inversion d'un filtre en peigne dans le cas de l'inversion d'un filtre moyenneur, qui peut être considéré comme * constitué de la mise en série d'un filtre en peigne (PE) et d'un sommateur infini. Un filtre inverse est constitué de la mise en série du filtre causal infini (FPI) et d'un filtre différentiateur (qui est le filtre inverse d'un sommateur infini).The problem 5.59 of the reference 2 describes the possibilities of inversion of a comb filter in the case of the inversion of an averaging filter, which can be considered as * consisting of the series setting of a comb filter (PE) and an infinite summoner. An inverse filter is made up of the series of infinite causal filter (FPI) and of a differentiating filter (which is the inverse filter of an infinite adder).

Dans le cadre de l'invention, un filtre inverse d'un filtre (FEF) à échantillonnage de fréquence est la mise en série d'un filtre causal infini (FPI) et un filtre composé d'un zéro à la fréquence du résonateur (FZF).In the context of the invention, an inverse filter of a frequency sampling filter (FEF) is the series connection of an infinite causal filter (FPI) and a filter composed of a zero at the frequency of the resonator ( FZF).

La mise en œuvre concrète d'un tel filtre peut se faire, comme il est indiqué dans le problème 5.59, par un traitement par lots avec un filtre causal fini (FPF) qui est la troncation dans le temps d'un filtre causal infini (FPI), ce filtre causal fini (FPF) étant appliqué à des segments successifs du signal filtré (SF). Comme dans tous les cas de traitements par lots d'un signal continu, il sera nécessaire de gérer de manière adéquate, en fonction de l'application, les frontières entre segments successifs du signal filtré (SF) .The concrete implementation of such a filter can be done, as indicated in the problem 5.59, by a batch process with a finite causal filter (FPF) which is the truncation in time of an infinite causal filter ( FPI), this finite causal filter (FPF) being applied to successive segments of the filtered signal (SF). As in all cases of batch processing of a continuous signal, it will be necessary to properly manage, depending on the application, the boundaries between successive segments of the filtered signal (SF).

La Figure 13 symbolise la réponse impulsionnelle du filtre causal fini (FPF).Figure 13 symbolizes the impulse response of the finite causal filter (FPF).

10) Les liens entre le filtre à échantillonnage de fréquence et la Transformés de Fourier Glissante (TFG)10) The links between the frequency sampling filter and the Fourier Transforms (TFG)

La Référence 3 indique une mise en œuvre avantageuse de ce type de filtre (FEF) à échantillonnage de fréquence et décrit les liens de ce type de filtre et de mise en œuvre avec la Transformée de Fourier Glissante (TFG), et montre que la Transformée de Fourier Glissante (TFG) peut être mise en œuvre avec des filtres (FEF) à échantillonnage de fréquence.Reference 3 indicates an advantageous implementation of this type of filter (FEF) with frequency sampling and describes the links of this type of filter and implementation with the Fourier Transforme Glissant (TFG), and shows that the Transformed Fourier Glissant (TFG) can be implemented with frequency sampling filters (FEF).

En conséquence, comme l'invention s'applique à des filtres (FTB) qui sont des filtres (FEF) à échantillonnage de fréquence, elle s'applique aussi lorsque le filtre (FTB) est une branche d'une Transformée de Fourier Glissante (TFG)Consequently, since the invention applies to filters (FTB) which are frequency sampling filters (FSF), it also applies when the filter (FTB) is a branch of a sliding Fourier Transform ( TFG)

Claims (9)

1. Procédé pour fournir un signal filtré amélioré (SFT) à partir d'un signal filtré (SF), ledit signal filtré étant obtenu par filtrage d'un signal initial (SI) par un filtre (FT) et étant représentatif d'une onde qui se propage dans un milieu physique, ledit filtre (FT) étant la mise en série d'un premier filtre (FTA) puis d'un second filtre (FTB), ledit procédé étant mis en œuvre sur une plate-forme (PC) de calcul et comprenant les étapes successives suivantes : a) une première étape dans laquelle on effectue une réduction (BRE) du nombre de positions binaires significatives (NBR) du signal filtré (SF) pour obtenir un signal filtré réduit (SFR), et b) une seconde étape dans laquelle on filtre le signal filtré réduit (SFR) par un filtre d'inversion (FBI) pour obtenir ledit signal filtré amélioré (SFT), ledit filtre d'inversion (FBI) étant un filtre inverse du second filtre (FTB).A method for providing an improved filtered signal (SFT) from a filtered signal (SF), said filtered signal being obtained by filtering an initial signal (SI) by a filter (FT) and being representative of a wave propagating in a physical medium, said filter (FT) being the serialization of a first filter (FTA) and a second filter (FTB), said method being implemented on a platform (PC ) and comprising the following successive steps: a) a first step in which a reduction (BRE) of the number of significant bit positions (NBR) of the filtered signal (SF) is performed to obtain a reduced filtered signal (SFR), and b) a second step in which the reduced filtered signal (SFR) is filtered by an inversion filter (FBI) to obtain said improved filtered signal (SFT), said inverting filter (FBI) being an inverse filter of the second filter (FTB). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première étape est réalisée en fonction d'une amplitude définie à partir du signal initial (SI) à l'intérieur du filtre (FT).2. Method according to claim 1, wherein the first step is performed as a function of an amplitude defined from the initial signal (SI) inside the filter (FT). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première étape est réalisée en fonction d'une amplitude définie à 1'avance.3. The method of claim 1, wherein the first step is performed according to an amplitude defined in advance. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première étape est réalisée en fonction d'une amplitude définie à l'extérieur du filtre (FT).4. The method of claim 1, wherein the first step is performed according to a defined amplitude outside the filter (FT). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le second filtre (FTB) est un filtre à échantillonnage en fréquence (FEF).5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the second filter (FTB) is a frequency sampling filter (FEF). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le second filtre (FTB) est une des branches d'une transformée de Fourier glissante (TFG).6. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the second filter (FTB) is one of the branches of a sliding Fourier transform (TFG). 7. Dispositif pour fournir un signal filtré amélioré (SFT) à partir d'un signal filtré (SF) , ledit dispositif comprenant une plate-forme (PC) de calcul recevant un signal initial (SI) représentatif d'une onde qui se propage dans un milieu physique, et étant adapté pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.Device for providing an improved filtered signal (SFT) from a filtered signal (SF), said device comprising a computing platform (PC) receiving an initial signal (SI) representative of a propagating wave in a physical medium, and being adapted to implement the method according to one of claims 1 to 6. 8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant en outre un capteur (CA) générant ledit signal initial (SI) à partir de ladite onde.8. Device according to claim 7, further comprising a sensor (CA) generating said initial signal (SI) from said wave. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel la plate-forme (PC) est adaptée à des calculs en virgule fixe.9. Device according to claim 7 or claim 8, wherein the platform (PC) is adapted to fixed-point calculations.