Procédé de compression de signal Signal compression method
La présente invention concerne de manière générale la compression de signaux couvrant un intervalle temporel et variables dans le temps.The present invention generally relates to the compression of signals covering a time interval and variables over time.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de compression de tels signaux, un signal compressé obtenu par un tel procédé, un procédé de décompression d'un tel signal compressé, et un procédé de transmission d'un signal sous forme compressée.More specifically, the invention relates to a method for compressing such signals, a compressed signal obtained by such a method, a method for decompressing such a compressed signal, and a method for transmitting a signal in compressed form.
L'invention concerne également un signal compressé obtenu par un tel procédé de compression, un procédé de décompression associé et un procédé de transmission sous forme compressée d'un signal initial.The invention also relates to a compressed signal obtained by such a compression method, an associated decompression method and a compressed form transmission method of an initial signal.
L'invention s'applique notamment aux signaux numériques ou analogiques de type audio. Cependant, ceci n'est aucunement limitatif et on verra qu'au contraire l'invention peut s'appliquer à tous types de signaux.The invention applies in particular to digital or analog signals of the audio type. However, this is in no way limiting and it will be seen that, on the contrary, the invention can be applied to all types of signals.
Il existe déjà des méthodes de compression de signaux couvrant un intervalle temporel et variables dans le temps (notamment de signaux numériques audio).There already exist methods of compression of signals covering a time interval and variables in time (in particular digital audio signals).
Ces méthodes fonctionnent généralement selon une approche fréquentielle, c'est à dire qu'elles traitent différemment certaines composantes fréquentielles du signal à compresser. On peut à cet égard citer comme exemple la méthode de compression correspondant au standard de compression MP3 (que nous désignerons par le terme générique de méthode MP3 - on précise que MP3 est une marque déposée).These methods generally operate according to a frequency approach, that is to say that they treat differently certain frequency components of the signal to be compressed. In this regard, we can cite as an example the compression method corresponding to the MP3 compression standard (which we will refer to as the generic term of the MP3 method - it is specified that MP3 is a registered trademark).
Ce type de méthode connue exploite la distribution spectrale de l'énergie du signal audio par rapport aux capacités auditives de l'oreille humaine.This type of known method exploits the spectral distribution of the energy of the audio signal relative to the auditory capabilities of the human ear.
Par exemple, dans la compression de signaux numériques audio par une méthode telle que la méthode MP3, on exploite le fait que l'énergie de signaux audio est toujours distribuée selon un schéma général donné, les niveaux d'énergie de ces signaux dans certaines bandes de fréquence étant toujours plus élevés que les niveaux d'énergie de ces mêmes signaux dans d'autres bandes de fréquences - ceci étant vrai quel que soit le signal audio particulier considéré.
Pour une compression de type MP3 en effet, on procède à une analyse spectrale du signal audio et on applique un modèle psychoacoustique pour ne conserver de ce signal que les sons audibles.For example, in the compression of digital audio signals by a method such as the MP3 method, it is exploited that the energy of audio signals is always distributed according to a given general scheme, the energy levels of these signals in certain bands Frequency frequency being always higher than the energy levels of these same signals in other frequency bands - this being true regardless of the particular audio signal considered. For an MP3-type compression in fact, a spectral analysis of the audio signal is carried out and a psychoacoustic model is applied to retain only the audible sounds of this signal.
Dans une telle compression, on élimine ainsi les fréquences inaudibles pour l'oreille humaine (en moyenne l'oreille humaine est capable de discerner des sons entre 20Hz et 2OkHz, avec une sensibilité maximale dans la bande de 2 à 5 kHz).In such a compression, thus eliminates the inaudible frequencies for the human ear (on average the human ear is able to discern sounds between 20Hz and 2OkHz, with a maximum sensitivity in the band of 2 to 5 kHz).
Ces méthodes de compression connues exploitent donc les connaissances préalables du spectre moyen d'un signal audio et les propriétés psychoacoustiques de l'oreille humaine.These known compression methods thus exploit the prior knowledge of the average spectrum of an audio signal and the psychoacoustic properties of the human ear.
Et ces méthodes peuvent ainsi répartir l'« effort » du codage de compression (c'est à dire concentrer les bits de codage) sur les bandes de fréquence où il est connu que le son est le plus perceptible.And these methods can thus distribute the "effort" of the compression coding (that is to say, to focus the coding bits) on the frequency bands where it is known that the sound is most noticeable.
Mais la limitation qui découle d'une telle approche est que de telles méthodes connues ne sont donc applicables que pour un type de signal donné (par exemple, signal audio pour la méthode MP3).But the limitation that arises from such an approach is that such known methods are therefore applicable only for a given type of signal (for example, audio signal for the MP3 method).
Par ailleurs, si ces méthodes connues fonctionnent bien sur des signaux - notamment audio - « propres », elles ne permettent pas en tant que telles d'éliminer le bruit qui peut être associé au signal initial à compresser.Moreover, if these known methods work well on signals - in particular audio - "clean", they do not as such eliminate the noise that may be associated with the initial signal to be compressed.
Notamment, dans le cas de la compression d'un signal initial audio qui comporte avant compression un bruit audio, il est nécessaire de prendre en compte ce bruit audio avec des traitements spécifiques en vue de le réduire - ces traitements spécifiques venant en ajout de la mise en œuvre de la méthode de compression elle-même, et l'alourdissant ainsi.In particular, in the case of the compression of an initial audio signal which comprises before compression an audio noise, it is necessary to take into account this audio noise with specific treatments in order to reduce it - these specific treatments coming in addition to the implementation of the compression method itself, and thus weighing it down.
On ajoute que lors de la décompression du signal, la lecture de ces fichiers qui correspondent au signal compressé (ces fichiers pouvant être désignés par le terme anglo-saxon de fichiers « buffer », pour fichier tampon) mobilise des emplacements de mémoire et des moyens de traitement informatiques (c'est à dire typiquement des unités CPU) relativement importants.
Notamment, la décompression en temps réel de signaux compressés selon ces méthodes connues mobilise une puissance de traitement importante.It is added that during the decompression of the signal, the reading of these files which correspond to the compressed signal (these files may be designated by the Anglo-Saxon word "buffer" file, for buffer file) mobilizes memory locations and means computer processing (ie typically CPU units) relatively important. In particular, the real-time decompression of signals compressed according to these known methods requires a high processing power.
Il apparaît ainsi que les méthodes connues sont associées à certaines limitations.It thus appears that the known methods are associated with certain limitations.
Le but de l'invention est de permettre de s'affranchir - au moins dans une certaine mesure - de ces limitations.The object of the invention is to allow to overcome - at least to a certain extent - these limitations.
Afin d'atteindre ce but l'invention propose selon un premier aspect un procédé de compression d'un signal initial couvrant un intervalle temporel et variable dans le temps, procédé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :In order to achieve this goal, the invention proposes, according to a first aspect, a method of compressing an initial signal covering a temporal and variable time interval, characterized in that it comprises the steps of:
• définir sur ledit intervalle temporel au moins une base de fonctions numériques de base dont la variable est un paramètre de temps,Defining on said time interval at least one base of basic digital functions whose variable is a time parameter,
• définir sur ledit intervalle temporel au moins une fonction approchée du signal initial à compresser, en utilisant lesdites fonctions numériques de base et des coefficients respectifs associés individuellement auxdites fonctions numériques de base,Defining on said time interval at least one approximate function of the initial signal to be compressed, by using said basic digital functions and respective coefficients individually associated with said basic digital functions,
• élaborer une version compressée dudit signal initial à partir desdits coefficients. Des aspects préférés, mais non limitatifs de ce procédé de compression sont les suivants :• develop a compressed version of said initial signal from said coefficients. Preferred, but not limiting, aspects of this compression method are the following:
• ladite fonction approchée est une combinaison linéaire desdites fonctions numériques de base,Said approximate function is a linear combination of said basic digital functions,
• ladite compression irréversible est une compression irréversible avec pertes,Said irreversible compression is an irreversible compression with losses,
• lesdites fonctions numériques de base sont des polynômes,Said basic digital functions are polynomials,
• lesdits coefficients sont des nombres réels,Said coefficients are real numbers,
• pour identifier une fonction approchée du signal à compresser les opérations suivantes sont réalisées : > Découpage dudit intervalle temporel couvert par le signal initial en fenêtres temporelles,
> Définition pour chaque fenêtre temporelle :To identify an approximate function of the signal to be compressed, the following operations are performed: division of said time interval covered by the initial signal into time windows, > Definition for each time window:
•/ d'une base de fonctions numériques de base, et • a base of basic digital functions, and
-/ de coefficients locaux, chaque fonction numérique de base étant associée individuellement à un des coefficients locaux sur la fenêtre pour générer par combinaison linéaire une fonction approchée du signal initial pour ladite fenêtre.- / local coefficients, each basic digital function being individually associated with one of the local coefficients on the window to generate by linear combination an approximate function of the initial signal for said window.
• l'union desdites fenêtres temporelles couvre l'intégralité dudit intervalle temporel couvert par le signal initial,The union of said time windows covers the entirety of said time interval covered by the initial signal,
• certaines au moins des fenêtres temporelles ont des durées différentes, • pour définir lesdites fenêtres temporelles on effectue les opérations suivantes :At least some of the time windows have different durations, to define said time windows the following operations are carried out:
> Calcul de la dérivée nième par rapport au temps dudit signal initial, sur ledit intervalle temporel couvert par le signal initial,Calculating the nth derivative with respect to the time of said initial signal over said time interval covered by the initial signal,
> Définition de chaque fenêtre temporelle, ladite définition impliquant pour une fenêtre temporelle donnée les opérations suivantes :> Definition of each time window, said definition implying for a given time window the following operations:
•S Suivi de la variation de ladite dérivée nième dudit signal initial en fonction du temps, à partir d'un instant de début de ladite fenêtre temporelle donnée, S Définition de l'instant de fin de ladite fenêtre temporelle donnée par identité avec l'instant auquel l'amplitude de ladite variation atteint une valeur seuil prédéterminée, •S Définition de l'instant de début de la fenêtre temporelle suivant ladite fenêtre temporelle donnée par identité avec ledit instant de fin de ladite fenêtre temporelle donnée.S • Monitoring of the variation of said nth derivative of said initial signal in function of time from a start time of said given time slot, S Setting the end time of said time window given by identity with the instant at which the amplitude of said variation reaches a predetermined threshold value, • S Definition of the start time of the time window according to said given time window by identity with said end time of said given time window.
• ladite dérivée nième dudit signal initial est une dérivée seconde de ce signal,Said nth derivative of said initial signal is a second derivative of this signal,
• ledit calcul de dérivée est réalisé par l'intermédiaire d'un développement de Taylor tronqué calculé sur N segments temporels dont la réunion couvre l'intégralité dudit intervalle de temps couvert par le signal initial,
• lesdits segments temporels présentent des recouvrements entre eux, de manière à permettre de n'utiliser que des estimations convergentes des dérivées dudit développement de Taylor tronqué,Said derivative calculation is carried out by means of a truncated Taylor development calculated on N time segments whose meeting covers the entirety of said time interval covered by the initial signal, Said temporal segments have overlaps between them, so as to make it possible to use only convergent estimates of the derivatives of said truncated Taylor development,
• la taille desdits segments temporels est ajustée en fonction d'un compromis entre débruitage et réactivité à la dynamique du signal,The size of said time segments is adjusted according to a compromise between denoising and reactivity to the dynamics of the signal,
• lesdits segments temporels sont définis indépendamment desdites fenêtres temporelles,Said time segments are defined independently of said time windows,
• la valeur dudit seuil peut être ajustée en fonction d'un compromis désiré entre taux de compression et bruit de codage, • la définition de coefficients locaux pour chaque fenêtre temporelle est effectuée par une méthode des moindres carrés,The value of said threshold can be adjusted according to a desired compromise between compression ratio and coding noise, the definition of local coefficients for each time window is performed by a least squares method,
• le signal compressé comporte pour chaque fenêtre temporelle :The compressed signal comprises for each time window:
> La durée de ladite fenêtre,> The duration of said window,
> Les coefficients permettant d'approcher localement le signal initial par combinaison linéaire sur ladite fenêtre.> The coefficients making it possible to locally approach the initial signal by linear combination on said window.
• le signal compressé comporte, pour certaines au moins des fenêtres temporelles (depuis une jusqu'à toutes), un identifiant de base de fonctions.The compressed signal comprises, for at least some of the time windows (from one to all), a basic identifier of functions.
• ledit signal initial est un signal numérique, • ledit signal initial est un signal audio.Said initial signal is a digital signal; said initial signal is an audio signal.
L'invention propose également un signal compressé issu d'une compression d'un signal initial réalisée par un procédé de compression selon un des aspects évoqués ci-dessus. Ce signal peut typiquement être composé principalement de tableaux de chiffres. L'invention propose également un procédé de décompression d'un signal compressé par un procédé de compression selon un des aspects évoqués ci-dessus caractérisé en ce que le procédé de décompression comprend les étapes consistant à :The invention also proposes a compressed signal resulting from a compression of an initial signal produced by a compression method according to one of the aspects mentioned above. This signal can typically be composed mainly of tables of numbers. The invention also proposes a method for decompressing a compressed signal by a compression method according to one of the aspects mentioned above, characterized in that the decompression method comprises the steps of:
• Extraire du signal compressé au moins un jeu de coefficients (les coefficients respectifs étant associés individuellement à des fonctions numériques de base prédéfinies),
• Reconstituer une fonction approchée d'un signal initial par combinaison linéaire desdits coefficients avec des fonctions numériques de base.Extracting from the compressed signal at least one set of coefficients (the respective coefficients being individually associated with predefined basic digital functions), • Reconstitute an approximate function of an initial signal by linear combination of said coefficients with basic numerical functions.
Un aspect préféré, mais non limitatif de ce procédé est le suivant :A preferred but nonlimiting aspect of this process is as follows:
• le procédé de décompression comprend également l'étape consistant à extraire du signal compressé des informations permettant de reconstituer des fenêtres temporelles sur lesquelles lesdites fonctions numériques de base sont définies.The decompression method also comprises the step of extracting from the compressed signal information making it possible to reconstruct time windows over which said basic digital functions are defined.
Et l'invention propose également un procédé de transmission sous forme compressée d'un signal initial caractérisé en ce que ledit procédé de transmission comporte les étapes consistant à :And the invention also proposes a method of transmission in compressed form of an initial signal characterized in that said transmission method comprises the steps of:
• Compresser le signal initial à transmettre par un procédé de compression selon un des aspects évoqués ci-dessus,• Compress the initial signal to be transmitted by a compression process according to one of the aspects mentioned above,
• Transmettre le signal sous forme compressée, • Décompresser le signal compressé transmis.• Transmit the signal in compressed form, • Decompress the compressed signal transmitted.
Des aspects préférés, mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants :Preferred, but not limiting, aspects of this process are:
• ledit signal sous forme compressée comporte les coefficients associés aux fonctions numériques de base qui approchent au mieux le signal initial,Said signal in compressed form comprises the coefficients associated with the basic digital functions that best approximate the initial signal,
• ledit signal sous forme compressée comporte uniquement les coefficients associés aux fonctions numériques de base qui approchent au mieux le signal initial,Said signal in compressed form comprises only the coefficients associated with the basic digital functions that best approximate the initial signal,
• ledit signal sous forme compressée comporte uniquement les coefficients associés aux fonctions numériques de base qui approchent au mieux le signal initial au sens des moindres carrés,Said signal in compressed form comprises only the coefficients associated with the basic digital functions that best approximate the initial signal in the least squares sense,
• ledit procédé de transmission comprend le cryptage dudit signal compressé par un procédé de compression selon un des aspects évoqués ci-dessus, • ledit procédé de transmission comprend la compression d'un signal préalablement compressé selon une méthode de compression connue
en soi, par un procédé de compression selon un des aspects évoqués ci-dessus,Said transmission method comprises the encryption of said compressed signal by a compression method according to one of the aspects mentioned above, said transmission method comprises the compression of a signal previously compressed according to a known compression method in itself, by a compression method according to one of the aspects mentioned above,
• ladite méthode de compression connue est une méthode de compression avec pertes, • ladite méthode de compression connue est une méthode de type MP3 (marque déposée).Said known compression method is a lossy compression method; said known compression method is a method of the MP3 (registered trademark) type.
Enfin l'invention vise également un dispositif informatique pour la compression et/ou la décompression. Un tel dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire capable de contenir l'expression d'au moins une base de fonctions, et au moins une table de coefficients, et au moins un processus capable de mettre en oeuvre le procédé visé plus haut (en toutes ses variantes) sur un un signal à compresser (10) afin d'établir une table de coefficients et d'en tirer un signal compressé. En particulier, la mémoire peut être agencée en outre pour contenir une définition de fenêtres, et le dispositif comprend alors un processus préliminaire (non nécessairement distinct du premier) capable de découper le signal à compresser en fenêtres sur la base d'un critère prédéfini. De plus, ce processus préliminaire peut opérer par calcul de dérivée sur la base d'un développement de Taylor tronqué.Finally, the invention also relates to a computing device for compression and / or decompression. Such a device is characterized in that it comprises a memory capable of containing the expression of at least one function base, and at least one coefficient table, and at least one process capable of implementing the method referred to above. high (in all its variants) on a signal to compress (10) in order to establish a coefficient table and to draw a compressed signal. In particular, the memory may be further arranged to contain a definition of windows, and the device then comprises a preliminary process (not necessarily distinct from the first) capable of cutting the signal to be compressed into windows on the basis of a predefined criterion. Moreover, this preliminary process can operate by derivative computation on the basis of truncated Taylor development.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante, et des dessins annexés sur lesquels :Other aspects, objects and advantages of the invention will appear better on reading the following description, and the appended drawings in which:
• La figure 1 représente de manière schématique un signal à compresser, le graphe de la figure 1 étant une représentation de l'évolution en fonction du temps de l'intensité du signal, sur un intervalle de temps I1 FIG. 1 schematically represents a signal to be compressed, the graph of FIG. 1 being a representation of the evolution as a function of time of the intensity of the signal over a time interval I 1
• La figure 2 représente le même signal, le graphe de la figure 2 représentant en outre des fenêtres temporelles qui découpent l'intervalle de temps I, • La figure 3 reprend les éléments de la figure 2, avec en addition la représentation de segments temporels qui couvrent l'intervalle de temps I,
• La figure 4 est un schéma par blocs de la compression selon un mode de réalisation de l'invention,FIG. 2 represents the same signal, the graph of FIG. 2 further showing time windows that cut out the time interval I. FIG. 3 shows the elements of FIG. 2, with the addition of the representation of temporal segments that cover the time interval I, FIG. 4 is a block diagram of the compression according to one embodiment of the invention,
• La figure 5 est un schéma par blocs de la décompression selon un mode de réalisation de l'invention, et • La figure 6 est un diagramme temporel illustrant un aspect de la détermination des fenêtres.Figure 5 is a block diagram of the decompression according to one embodiment of the invention, and Figure 6 is a timing diagram illustrating an aspect of the determination of the windows.
La description est suivie d'une annexe regroupant les formules d'allure non textuelle qui seront visées ci-après.The description is followed by an appendix of non-text formatted forms which will be referred to below.
On précise en préalable à cette description que les figures 1 à 3 - et le signal qui y est représenté - ne correspondent aucunement à un cas réel, mais ont pour seul dessein d'illustrer le principe de l'invention. Il est également précisé que les entiers servant d'indice, comme / ou j, sont contextuels, et n'ont pas une signification constante dans la présente description.It is specified in advance to this description that Figures 1 to 3 - and the signal shown therein - do not correspond to a real case, but are intended only to illustrate the principle of the invention. It is also specified that the index integers, such as / or j, are contextual, and do not have a constant meaning in the present description.
Compression de signalSignal compression
GénéralitésOverview
En référence maintenant à la figure 1, on a représenté un signal 10 variable dans le temps sur un intervalle temporel I. Le signal 10 peut être un signal numérique ou analogique. II peut notamment s'agir d'un signal audio - mais ce signal peut également être de tout autre type.Referring now to Figure 1, there is shown a time-varying signal over a time interval I. The signal 10 may be a digital or analog signal. It can in particular be an audio signal - but this signal can also be of any other type.
On va exposer dans cette section les principaux aspects du procédé de compression de signal selon l'invention.This section describes the main aspects of the signal compression method according to the invention.
Et comme on va le voir, le procédé de compression selon l'invention adopte une approche différente des approches connues, qui ont été mentionnées en introduction de ce texte.
L'élaboration d'un signal compressé se fait dans le cas de l'invention selon les étapes principales suivantes :And as will be seen, the compression method according to the invention adopts a different approach to known approaches, which have been mentioned in the introduction to this text. The development of a compressed signal is done in the case of the invention according to the following main steps:
• définition sur ledit intervalle temporel d'au moins une base de fonctions numériques de base dont la variable est un paramètre de temps, • définition sur ledit intervalle temporel d'une fonction approchée du signal initial à compresser, en utilisant lesdites fonctions numériques de base et des coefficients respectifs associés individuellement auxdites fonctions numériques de base,Defining on said time interval at least one base of basic digital functions whose variable is a time parameter, defining on said time interval an approximate function of the initial signal to be compressed, by using said basic digital functions and respective coefficients individually associated with said basic digital functions,
• élaboration d'une version compressée dudit signal initial à partir desdits coefficients.Developing a compressed version of said initial signal from said coefficients.
Ces aspects vont être détaillés ci-dessous.These aspects will be detailed below.
Fonctions de baseBasic functions
Le procédé comporte ainsi une étape de définition d'au moins une base B de fonctions numériques dites « de base » - car on verra qu'elles forment typiquement les éléments d'une base permettant de générer (par exemple par combinaison linéaire) une fonction approchée du signal 10.The method thus comprises a step of defining at least one base B of so-called "basic" digital functions - because it will be seen that they typically form the elements of a base making it possible to generate (for example by linear combination) a function approximated signal 10.
Selon la figure 4, et comme on le verra, un organe 42 peut découper l'intervalle temporel I en fenêtres temporelles Fi, notées 43-1 à 43-n sur la figure 4. Et l'on peut définir sur chaque fenêtre Fi une base de fonctions individuellement associée à la fenêtre (organe 45).According to FIG. 4, and as will be seen, a member 42 can cut the time interval I into time slots Fi, denoted 43-1 to 43-n in FIG. 4. And it is possible to define on each window Fi a function base individually associated with the window (member 45).
Dans la suite de ce texte, on considérera ainsi qu'une base donnée Bi est associée à une fenêtre temporelle Fi donnée. Et les opérations que l'on décrira à propos d'une base Bi seront à comprendre comme étant exécutées sur la fenêtre Fi associée à la base Bi. Dans un cas limite, l'intervalle I ne comprend qu'une seule fenêtre temporelle, qui lui est égale. Les modalités de définition des fenêtres Fi seront exposées plus loin dans ce texte. Quant aux notations : - Bi désigne globalement la base de fonctions associée à la fenêtre temporelle Fi,
- Bij désigne le jeu de fonctions de la base Bi associée à la fenêtre temporelle Fi (j est l'indice des éléments dans la base Bi).In the remainder of this text, we will consider that a given base Bi is associated with a given time window Fi. And the operations that will be described about a base Bi will be understood as being executed on the window Fi associated with the base Bi. In a limiting case, the interval I comprises only one temporal window, which is equal to it. The modalities for defining the Fi windows will be explained later in this text. As for the notations: - Bi globally designates the base of functions associated with the time window Fi, Bij denotes the set of functions of the base Bi associated with the time window Fi (j is the index of the elements in the base Bi).
- si la base de fonctions est commune à toutes les fenêtres Fi, son jeu de fonctions peut alors être noté simplement Bj.if the base of functions is common to all the windows Fi, its set of functions can then be simply noted Bj.
Le rôle des fonctions numériques d'une base Bi donnée est de permettre de construire sur la fenêtre associée Fi à cette base Bi une fonction approchée FA du signal 10. Par « fonction numérique », on entend ici toute fonction calculable automatiquement. Cette construction peut par exemple être faite par combinaison linéaire des fonctions de base, en multipliant chaque fonction de base Bij par un coefficient Cij et en sommant les produits ainsi constitués. Cela correspond aux organes 48-1 à 48-n de la figure 4, les fonctions de base Bij (ou des identifiants de celles-ci) étant stockés en 45. Pour la fenêtre courante Fi1 l'organe 48-i fournit une fonction approchée Fai. La fonction approchée FA du signal 10 est la suite rangée temporellement des fonctions FAi (si les fenêtres Fi se recouvrent, des pondérations peuvent être effectuées sur les recouvrements)The role of the digital functions of a given database Bi is to make it possible to construct on the associated window Fi to this base Bi an approximate function FA of the signal 10. By "digital function" is meant here any automatically calculable function. This construction can for example be made by linear combination of the basic functions, by multiplying each basic function Bij by a coefficient Cij and summing the products thus constituted. This corresponds to the members 48-1 to 48-n of FIG. 4, the basic functions Bij (or their identifiers) being stored at 45. For the current window Fi 1, the element 48-i provides a function approached Fai. The approximate function FA of the signal 10 is the sequence temporally of the functions FAi (if the windows Fi overlap, weights can be performed on the overlays)
Dans une application préférée de l'invention, les fonctions de base sont des polynômes de degrés croissants. On peut ainsi constituer pour une fenêtre Fi une base Bij avec les polynômes suivants comme fonctions de base (la variable des fonctions de base est le temps t) :In a preferred application of the invention, the basic functions are polynomials of increasing degrees. We can thus constitute for a window Fi a base Bij with the following polynomials as basic functions (the variable of the basic functions is the time t):
• BiO = 1 , • BM = t,• BiO = 1, • BM = t,
• Bi2 = t2,• Bi2 = t 2 ,
• etc.,• etc.,
• Bin = tn.• Bin = t n .
Dans ce cas, la base Bi comporte (n+1) fonctions de base. Dans le cas de fonctions de base définies par des polynômes d'ordres croissants, plus l'ordre le plus élevé de ces polynômes sera important :
• plus la fenêtre associée pourra être grande, maisIn this case, the base Bi has (n + 1) basic functions. In the case of basic functions defined by polynomials of increasing order, the higher the order of these polynomials will be important: • the associated window can be large, but
• plus le nombre de coefficients à définir et stocker pour la fenêtre sera important.• the more the number of coefficients to define and store for the window will be important.
Un compromis doit donc être recherché à cet égard - et les Demandeurs ont déterminé que l'ordre 2 donnait des résultats tout à fait satisfaisants.A compromise must therefore be sought in this respect - and the Claimants have determined that order 2 gives quite satisfactory results.
Les fonctions de base peuvent être différentes pour les différentes fenêtres Fi. Il est également possible de retenir les mêmes fonctions de base - et donc la même base - pour toutes les fenêtres Fi. On décrira dans la suite de ce texte un exemple particulier de mise en œuvre de l'invention dans lequel les fonctions de base sont les polynômes mentionnés ci-dessus, pour toutes les fenêtres Fi.The basic functions may be different for different Fi windows. It is also possible to retain the same basic functions - and therefore the same basis - for all Fi windows. In the remainder of this text, a particular example of implementation of the invention will be described in which the basic functions are the polynomials mentioned above, for all the windows F 1.
Et, dans cet exemple, les coefficients Cij seront des nombres réels (c'est-à-dire des approximations informatiques de nombres réels) . Ils sont utilisés pour construire par combinaison linéaire une fonction représentant une valeur approchée du signal 10, sur chaque fenêtre (on nomme cette fonction la « fonction approchée » - elle est définie sur une fenêtre donnée, chaque fenêtre Fi étant associée à une fonction approchée FAi respective). Dans ce cas (figure 4), pour chaque fenêtre Fi on définira un nombre j de coefficients Cij égal au nombre i de fonctions de base Bij définies sur la fenêtre Fi. C'est le rôle de l'organe 46.And, in this example, the coefficients Cij will be real numbers (that is, computer approximations of real numbers). They are used to construct by linear combination a function representing an approximate value of the signal 10, on each window (this function is called the "approximate function" - it is defined on a given window, each window Fi being associated with an approximate function FAi respectively). In this case (FIG. 4), for each window Fi, a number j of coefficients Cij equal to the number i of basic functions Bij defined on the window Fi will be defined. This is the role of the body 46.
Des coefficients différents pourront alors être définis pour chaque fenêtre : pour chaque fenêtre Fi les valeurs et les variations du signal 10 amèneront généralement à choisir des coefficients spécifiques pour construire, localement sur la fenêtre, et par combinaison linéaire des fonctions de base, une fonction représentant une valeur approchée du signal 10.Different coefficients can then be defined for each window: for each window Fi the values and the variations of the signal 10 will generally lead to choosing specific coefficients to construct, locally on the window, and by linear combination of the basic functions, a function representing an approximate value of the signal 10.
En tout état de cause, quelles que soient les fonctions de base définies pour les fenêtres Fi1 ces fonctions sont définies de manière définitive pour une mise en œuvre donnée de l'invention. Un choix particulier de fonctions de base Bij (qu'elles soient identiques pour toutes les fenêtres Fi, ou non) correspond ainsi à une variante particulière de mise
en œuvre de l'invention (c'est à dire qu'un choix donné de fonctions de base Bij correspond à un protocole particulier de mise en œuvre de l'invention).In any event, whatever the basic functions defined for windows Fi 1 these functions are permanently set for a given implementation of the invention. A particular choice of basic functions Bij (that they are identical for all the windows Fi, or not) corresponds thus to a particular variant of setting implementation of the invention (that is to say a given choice of basic functions Bij corresponds to a particular protocol for implementing the invention).
A cet égard, on précise que la décompression du signal compressé en utilisant certaines fonctions de base Bij implique la connaissance de ces mêmes fonctions de base Bij. Cette connaissance peut être obtenue par des informations appropriées (telles que des identifiants), incorporées au signal compressé, ou transmises séparément, ou encore déterminables sur la base d'autres caractéristiques du signal compressé. Dans le cas où l'on établit une base de fonctions B^ particulière pour une fenêtre Fn cela peut se faire par examen de la courbure présentée par le signal dans la fenêtre F1-, ou encore dans un sous-ensemble ou sur¬ ensemble contenant celle-ci. Comme on le sait, la courbure peut être déterminée notamment à partir de la dérivée première et de la dérivée seconde du signal. Les dérivées « débruitées » dont il sera question plus loin peuvent être utilisées à cet effet.In this respect, it is specified that the decompression of the compressed signal by using certain basic functions Bij implies the knowledge of these same basic functions Bij. This knowledge can be obtained by appropriate information (such as identifiers), incorporated in the compressed signal, or transmitted separately, or else determinable on the basis of other characteristics of the compressed signal. In the case where we establish a particular function base B ^ for a window F n this can be done by examining the curvature presented by the signal in the window F 1 -, or in a subset or sur¬ set containing it. As is known, the curvature can be determined in particular from the first derivative and the second derivative of the signal. The derivatives "debruised" which will be discussed later can be used for this purpose.
Définition de la fonction approchéeDefinition of the approximate function
Une fois les fonctions de base Bij définies pour toutes les fenêtres, l'étape de définition de la fonction approchée sur chaque fenêtre implique d'effectuer un choix de coefficients Cij pour construire la meilleure fonction approchée possible (c'est à dire la fonction dont les valeurs approchent au plus près le signal 10 sur la fenêtre Fi considérée). Ce choix de coefficients peut être réalisé par différentes méthodes d'optimisation connues. Génériquement, les organes 48 comparent leur entrée (signal dans la fenêtre Fi concernée) et leur somme de produits de la forme Cij * Bij pour fournir un signal d'écart permettant à l'organe 46 de sélectionner les coefficients Cij. II est ainsi possible de mettre en œuvre une méthode de type splines. Les Demandeurs ont observé qu'une méthode d'optimisation au sens des moindres carrés était particulièrement bien adaptée (toujours pour
l'exemple des fonctions de base polynômiales exposé ci-dessus). Bien entendu, d'autres procédés d'optimisation peuvent être appliqués, suivant le contexte.Once the basic functions Bij have been defined for all the windows, the step of definition of the approximate function on each window implies making a choice of coefficients Cij to construct the best possible approximated function (that is to say the function of which the values closely approach the signal 10 on the window Fi considered). This choice of coefficients can be achieved by various known optimization methods. Generically, the members 48 compare their input (signal in the concerned window Fi) and their sum of products of the form Cij * Bij to provide a difference signal allowing the member 46 to select the coefficients Cij. It is thus possible to implement a spline-type method. Applicants have observed that a least squares optimization method was particularly well the example of the polynomial basic functions discussed above). Of course, other optimization methods may be applied, depending on the context.
Quelle que soit la méthode retenue pour construire sur chaque fenêtre la fonction approchée, on a élaboré à partir des fonctions de base une fonction approchée sur chaque fenêtre.Whatever the method chosen to construct the approximate function on each window, an approximate function on each window has been developed from the basic functions.
Et lors de cette construction par approximation une partie du signal a été perdue, entre le signal initial 10 et le signal compressé 50 qui est défini par les fonctions approchées sur les différentes fenêtres. Le procédé de compression selon l'invention est ainsi un procédé de compression irréversible, avec pertes. Toutefois les essais menés par les Demandeurs ont montré que les performances du procédé selon l'invention - notamment en termes de qualité du signal compressé, de taux de compression, de rapidité de décompression, d'économie de moyens de calcul, et de compatibilité avec d'autres méthodes - étaient extrêmement intéressantes.And during this construction by approximation part of the signal has been lost, between the initial signal 10 and the compressed signal 50 which is defined by the approximate functions on the different windows. The compression process according to the invention is thus a method of irreversible compression, with losses. However, the tests conducted by the Applicants have shown that the performance of the method according to the invention - in particular in terms of quality of the compressed signal, compression ratio, speed of decompression, economy of calculation means, and compatibility with other methods - were extremely interesting.
Définition des fenêtres - principes générauxDefinition of windows - general principles
Comme cela a été exposé plus haut dans ce texte, la mise en œuvre du procédé selon l'invention peut impliquer la définition de fenêtres temporelles Fi. En pratique, cette définition des fenêtres sera très souvent mise en œuvre.As has been explained above in this text, the implementation of the method according to the invention may involve the definition of time windows Fi. In practice, this definition of windows will very often be implemented.
Les fenêtres sont définies de manière à ce que leur union couvre l'intégralité de l'intervalle temporel I.The windows are defined so that their union covers the entire time interval I.
On précise que chaque fenêtre peut avoir une durée différente. Dans un mode préféré (mais non limitatif) de mise en œuvre de l'invention, on définit les fenêtres Fi en réalisant les opérations suivantes :It is specified that each window may have a different duration. In a preferred (but not limiting) mode of implementation of the invention, the windows Fi are defined by carrying out the following operations:
• Calcul de la dérivée nième (c'est à dire la dérivée d'ordre n) par rapport au temps du signal initial 10, sur l'intervalle temporel I,• Calculation of the nth derivative (ie the derivative of order n) with respect to the time of the initial signal 10, on the time interval I,
• Définition de chaque fenêtre temporelle Fi1 ladite définition impliquant pour une fenêtre temporelle Fi donnée les opérations suivantes :
> Suivi de la variation de la dérivée nième du signal 10 en fonction du temps, à partir d'un instant de début de ladite fenêtre temporelle Fi,• Definition of each time window Fi 1 said definition implying for a given time window Fi the following operations: Monitoring the variation of the nth derivative of the signal as a function of time, starting from a start time of said time window F 1,
> Définition de l'instant de fin de ladite fenêtre temporelle Fi par identité avec l'instant auquel l'amplitude de la variation de cette dérivée nième atteint une valeur seuil prédéterminée,> Definition of the end time of said time window Fi by identity with the instant at which the amplitude of the variation of this nth derivative reaches a predetermined threshold value,
> Définition de l'instant de début de la fenêtre temporelle suivant Fi+1 par identité avec l'instant de fin de la fenêtre Fi.> Definition of the start time of the time window according to Fi + 1 by identity with the end time of the window Fi.
La figure 2 représente à titre d'illustration des fenêtres F1 à F8 (on rappelle que les figures ne correspondent pas à des cas réels - et sur cette figure les fenêtres Fi ne sont pas nécessairement en correspondance avec des franchissement de seuil d'une dérivée nième du signal 10).FIG. 2 represents, by way of illustration, windows F1 to F8 (it should be remembered that the figures do not correspond to real cases) and in this figure the windows F1 are not necessarily in correspondence with crossing thresholds of a derivative nth of the signal 10).
Les Demandeurs ont déterminé que l'ordre de dérivation à appliquer au signal pouvait être choisi comme le second ordre (c'est à dire qu'on considère la dérivée seconde du signal 10 pour définir les fenêtres Fi), ce qui est bien adapté, notamment pour la compression de signaux audio. Toutefois, d'autres ordres de dérivation peuvent être préférables, au moins dans certains cas.The Applicants have determined that the derivation order to be applied to the signal could be chosen as the second order (that is to say that the second derivative of the signal 10 is considered to define the windows F 1), which is well adapted. especially for the compression of audio signals. However, other derivation orders may be preferable, at least in some cases.
Dans ce mode préféré de réalisation, on définit ainsi les fenêtres Fi à partir du suivi des variations d'une dérivée nième (par exemple la dérivée seconde) du signal initial 10. On peut utiliser également des combinaisons de dérivées, comme les dérivées d'ordre (1) et (2), qui représentent la courbure, ou d'autres ordres.In this preferred embodiment, the windows F1 are thus defined from the monitoring of the variations of an nth derivative (for example the second derivative) of the initial signal 10. It is also possible to use derivative combinations, such as the derivatives of order (1) and (2), which represent the curvature, or other orders.
Calcul de dérivée nièmeNth derivative calculation
Le calcul (on précise que ce « calcul » n'est pas un calcul exact, mais qu'il correspond plus précisément à une estimation) de dérivée nième du signal peut être réalisé par l'intermédiaire d'un développement de Taylor tronqué dudit signal, ce développement étant calculé sur N segments temporels dont la réunion couvre l'intégralité dudit intervalle de temps couvert par le signal initial.The calculation (it is specified that this "calculation" is not an exact calculation, but that it corresponds more precisely to an estimate) of the nth derivative of the signal can be achieved by means of a truncated Taylor development of said signal , this development being calculated on N time segments whose meeting covers the entirety of said time interval covered by the initial signal.
La figure 3 représente ainsi des segments temporels S1 à S10.
On précise que les segments Si sont définis indépendamment des fenêtres Fi. Plus précisément, ces segments sont définis préalablement à la définition des fenêtres Fi.FIG. 3 thus represents time segments S1 to S10. It is specified that the segments Si are defined independently of the windows Fi. More precisely, these segments are defined prior to the definition of the windows Fi.
Les segments Si peuvent présenter des recouvrements entre eux (c'est à dire que certains segments voisins peuvent recouvrir un certain domaine temporel), de manière à permettre de n'utiliser que des estimations convergentes des dérivées dudit développement de Taylor tronqué (mettant en œuvre typiquement des techniques de type fenêtres glissantes). La taille des segments Si est définie de manière à permettre de construire une approximation du signal 10 sur chaque segment, avec le développement de Taylor tronqué mentionné ci-dessus.The Si segments may have overlaps between them (i.e., some neighboring segments may overlap a certain time domain), so as to allow only convergent estimates of the derivatives of said truncated Taylor development to be used (implementing typically sliding window type techniques). The size of the Si segments is defined so as to make it possible to construct an approximation of the signal on each segment, with the truncated Taylor development mentioned above.
Et la taille de ces segments peut être ajustée en fonction d'un compromis entre débruitage et réactivité à la dynamique du signal. A cet égard les opérateurs utilisés pour le calcul de dérivée sont assimilables à des filtres robustes au bruit (anti-bruit) - et plus grande est la taille de la fenêtre glissante mentionnée ci-dessus à propos du développement de Taylor tronqué, meilleur est le débruitage).And the size of these segments can be adjusted according to a compromise between denoising and reactivity to the dynamics of the signal. In this respect, the operators used for the derivative calculation are comparable to noise-resistant filters (anti-noise) - and the larger the sliding window mentioned above about truncated Taylor's development, the better the denoising).
Une description plus détaillée d'un exemple de réalisation est donnée plus loin.A more detailed description of an exemplary embodiment is given below.
Ajustement de la valeur du seuilAdjustment of the threshold value
On précise que la valeur du seuil qui est utilisé pour définir les fenêtres Fi peut être ajustée en fonction d'un compromis désiré entre taux de compression et bruit de codage :It is specified that the value of the threshold which is used to define the windows Fi can be adjusted according to a desired compromise between compression ratio and coding noise:
• plus la valeur du seuil est importante, plus le taux de compression sera important : le signal compressé se résume en effet à la définition des fenêtres temporelles et aux coefficients associés à chaque fenêtre, et une valeur de seuil plus importante tendra à générer un nombre moins important de fenêtres Fi pour l'intervalle I,
• plus la valeur du seuil est réduite, plus les fenêtres tendront à être de taille réduite, et plus l'approximation du signal 10 par la fonction approchée sera bonne sur chaque fenêtre.• the greater the value of the threshold, the greater the compression ratio will be: the compressed signal boils down to the definition of the time windows and the coefficients associated with each window, and a larger threshold value will tend to generate a number less important windows for the interval I, The smaller the threshold value, the smaller the windows will tend to be, and the closer the approximation of the signal 10 by the approximate function will be on each window.
Signal compresséCompressed signal
Le signal compressé 50 - qui correspond aux fonctions approchées sur les différentes fenêtres Fi - est totalement défini par les informations suivantes pour chaque fenêtre Fi :The compressed signal 50 - which corresponds to the approximate functions on the different windows Fi - is totally defined by the following information for each window Fi:
• La durée de ladite fenêtre, • Les coefficients permettant d'approcher localement le signal initial par combinaison linéaire sur ladite fenêtre.• The duration of said window, • The coefficients for locally approaching the initial signal by linear combination on said window.
La connaissance de ces informations permet en effet de reconstituer le signal compressé.The knowledge of this information makes it possible to reconstitute the compressed signal.
On précise que les éléments suivants sont par ailleurs connus des moyens de décompression :It is specified that the following elements are also known decompression means:
• Fonctions de base,• Basic functions,
• mode de construction (combinaison linéaire par exemple) des fonctions approchées sur les fenêtres Fi, à partir des coefficients associés à la fenêtre. Ces éléments définissent un protocole particulier de compression/décompression selon l'invention. On remarque que la valeur du seuil (qui a permis de définir les fenêtres dans la variante où celles-ci sont définies comme exposé ci-dessus) ne fait pas partie de ce protocole.• mode of construction (linear combination for example) of the approximate functions on the windows Fi, from the coefficients associated with the window. These elements define a particular compression / decompression protocol according to the invention. Note that the value of the threshold (which made it possible to define the windows in the variant where these are defined as explained above) is not part of this protocol.
Ces éléments de protocole étant donc considérés comme connus, le signal compressé est complètement défini par une matrice dont :These protocol elements being considered as known, the compressed signal is completely defined by a matrix of which:
• chaque ligne correspond à une fenêtre temporelle Fi,• each line corresponds to a time window Fi,
• chaque ligne comporte les informations suivantes (dans un ordre prédéterminé, qui est également défini par le protocole considéré) :• each line contains the following information (in a predetermined order, which is also defined by the protocol considered):
> durée de la fenêtre, > coefficients à appliquer aux fonctions de base de la fenêtre pour reconstruire sur cette fenêtre la fonction approchée du signal 10.
On peut ainsi par exemple envisager un protocole de mise en œuvre de l'invention selon lequel :> duration of the window,> coefficients to be applied to the basic functions of the window to reconstruct on this window the approximate function of the signal 10. For example, it is possible to envisage a protocol for implementing the invention according to which:
• les fonctions de base sont identiques sur toutes les fenêtres, et sont au nombre de trois : > fonction unitaire qui à t associe la valeur 1 ,• the basic functions are identical on all the windows, and are three in number:> unit function which has a value of 1,
> fonction identité qui à t associe t lui-même,identity function that has not associated itself,
> fonction carré qui à t associe t2,> square function which t associates t 2 ,
• la construction de la fonction approchée se fait sur chaque fenêtre Fi par combinaison linéaire de ces trois fonctions de base, en leur associant trois coefficients respectifs (les coefficients étant à cet effet ordonnés, en un premier, un deuxième et un troisième coefficient).• the construction of the approximate function is done on each window Fi by linear combination of these three basic functions, by associating them three respective coefficients (the coefficients being ordered for this purpose, in a first, a second and a third coefficient).
Pour un tel protocole, chaque ligne de la matrice mentionnée ci- dessus comportera une durée de fenêtre et trois coefficients, rangés selon l'ordre dans lequel ils doivent être utilisés pour la combinaison linéaire des trois fonctions de base.For such a protocol, each row of the matrix mentioned above will have a window duration and three coefficients, arranged in the order in which they are to be used for the linear combination of the three basic functions.
Dans tous les cas, le taux de compression d'un signal initial 10 échantillonné (notamment un signal numérique) sera défini par la valeur : (Nf * Nd) / Ne, avec Nf : nombre de fenêtres Fi, Nd : nombre de coefficients par fenêtre,In all cases, the compression ratio of a sampled initial signal (in particular a digital signal) will be defined by the value: (Nf * Nd) / Ne, with Nf: number of windows Fi, Nd: number of coefficients per window,
Ne : nombre de points d'échantillonnage du signal initial sur l'intervalle I.Ne: number of sampling points of the initial signal on the interval I.
Transmission et décompressionTransmission and decompression
En pratique, on peut constituer avec le signal compressé 50 un fichier informatique, qui dans un mode préféré de réalisation de l'invention ne contient que la matrice exposée ci-dessus.In practice, it is possible to constitute with the compressed signal 50 a computer file, which in a preferred embodiment of the invention contains only the matrix explained above.
Si plusieurs protocoles de mise en œuvre de l'invention sont susceptibles d'être employés, le fichier contenant le signal compressé peut également contenir les éléments (fonctions de base, mode de construction
des fonctions approchées) permettant de définir le protocole utilisé pour la compression.If several implementation protocols of the invention are likely to be used, the file containing the compressed signal may also contain the elements (basic functions, mode of construction approximate functions) to define the protocol used for compression.
On remarquera qu'en tout état de cause les informations définissant le signal compressé forment un fichier de taille extrêmement réduite, puisque ces informations sont réduites à la durée de chaque fenêtre Fi et aux coefficients associés.Note that in any case the information defining the compressed signal form a file of extremely small size, since this information is reduced to the duration of each window Fi and associated coefficients.
Ce fichier peut être transmis à des moyens de décompression, par tout moyen connu en soi (transmission d'un support physique contenant un enregistrement du fichier, transmission à distance par l'intermédiaire d'une liaison publique - par exemple le réseau internet - ou privée, etc.).This file can be transmitted to decompression means, by any means known per se (transmission of a physical medium containing a record of the file, remote transmission via a public link - for example the Internet - or private, etc.).
Comme le montre la figure 5, les moyens de décompression peuvent alors, en fonction du protocole considéré, décompresser le signal en reconstruisant les fenêtres (53-1 à 53-n) à partir des informations de fenêtres (52) et de coefficients (56) les fonctions approchées (58-1 à 58-n), sur chaque fenêtre, dans l'exemple à l'aide des fonctions de base Bij, qui peuvent être prédéterminées, ou définies par des identifiants inclus dans le signal compressé 50. L'ensemble donne le signal décompressé 60.As shown in FIG. 5, the decompression means can then, as a function of the protocol under consideration, decompress the signal by reconstructing the windows (53-1 to 53-n) from the window (52) and coefficient (56) information. ) the approximate functions (58-1 to 58-n), on each window, in the example using the basic functions Bij, which can be predetermined, or defined by identifiers included in the compressed signal 50. L set gives the decompressed signal 60.
Le signal compressé se présentant sous la forme d'une matrice, il est particulièrement pratique d'appliquer (par exemple pour la transmission du signal compressé) un cryptage de ce signal compressé, pour le transmettre sous forme cryptée.The compressed signal being in the form of a matrix, it is particularly convenient to apply (for example for the transmission of the compressed signal) an encryption of this compressed signal, to transmit it in encrypted form.
Et la méthode de compression selon l'invention peut en outre être combinée avec une méthode de compression connue en soi, en compressant selon l'invention un signal préalablement compressé par une méthode connue - par exemple une méthode de compression avec pertes telle que la méthode MP3.And the compression method according to the invention can also be combined with a compression method known per se, by compressing according to the invention a signal previously compressed by a known method - for example a lossy compression method such as the method MP3.
Ceci permet de réduire - de manière sensible comme les Demandeurs l'ont constaté - la taille de fichiers pourtant déjà compressés par d'autres méthodes. La taille très réduite des fichiers contenant les signaux compressés selon l'invention permet en outre une décompression extrêmement rapide sans mobiliser de ressources de traitement importantes.
Cette taille réduite facilite également le stockage et la transmission des fichiers compressés.This makes it possible to reduce - in a significant way as the Applicants have found - the size of files already already compressed by other methods. The very small size of the files containing the compressed signals according to the invention also allows extremely rapid decompression without mobilizing significant processing resources. This small size also makes it easy to store and transmit compressed files.
On comprend en outre que l'invention n'est nullement limitée à un type de signal particulier - par exemple audio - mais s'applique à tout type de signal.It is furthermore understood that the invention is not limited to any particular type of signal - for example audio - but applies to any type of signal.
On remarquera également que l'invention permet - au moins dans une certaine mesure - un débruitage des signaux audio, dans le cas de la compression de tels signaux.It will also be appreciated that the invention permits - at least to some extent - denoising of audio signals, in the case of compression of such signals.
Le bruit audio correspond en effet en général à des fluctuations rapides . Et dans le mode de mise en œuvre de l'invention où les fonctions approchées sont construites par combinaison linéaire de polynômes, ces composantes à fluctuation rapide sont éliminés car les polynômes ne contiennent pas de tels composants.In fact, audio noise generally corresponds to rapid fluctuations. And in the embodiment of the invention where the approximate functions are constructed by linear combination of polynomials, these fast-fluctuating components are eliminated because the polynomials do not contain such components.
Enchaînement des étapesSequence of steps
On a exposé ci-dessus les étapes de mise en œuvre de l'invention. En pratique, et selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux - mais non limitatif, l'invention peut être mise en œuvre selon l'enchaînement d'étapes suivant :The steps of implementation of the invention have been explained above. In practice, and according to a particularly advantageous mode of implementation - but not limiting, the invention can be implemented according to the following sequence of steps:
• définition de l'intervalle temporel I,• definition of the time interval I,
• calcul de la dérivée nième (par exemple dérivée seconde) du signal initial 10,Calculating the nth derivative (for example, second derivative) of the initial signal 10,
• définition de la valeur du seuil, • définition des fenêtres temporelles Fi,• definition of the value of the threshold, • definition of the time windows Fi,
• approximation du signal initial sur chaque fenêtre temporelle,• approximation of the initial signal on each time window,
• constitution du signal compressé, et d'un fichier correspondant,• constitution of the compressed signal, and a corresponding file,
• transmission du signal compressé,• transmission of the compressed signal,
• décompression.
Définition des fenêtres - description détaillée• decompression. Definition of windows - detailed description
II a été indiqué plus haut que la détermination des fenêtres Fi s'effectue sur la base d'une dérivée (au sens de fonction dérivée, ou de signal dérivé) du signal temporel x(t) à compresser. Il est rappelé que ce signal x(t) est disponible sous forme d'échantillons numériques.It has been indicated above that the determination of the windows Fi is done on the basis of a derivative (in the sense of derived function, or derived signal) of the temporal signal x (t) to be compressed. It is recalled that this signal x (t) is available in the form of digital samples.
Faite de manière classique, l'estimation d'une dérivée est sensible au bruit contenu dans le signal traité. Ainsi, bien que les méthodes classiques puissent opérer dans certains cas, les Demandeurs préfèrent actuellement utiliser une technique particulière, qui permet d'estimer une dérivée avec une moindre sensibilité au bruit contenu dans le signal initial x(t).Made in a conventional manner, the estimation of a derivative is sensitive to the noise contained in the processed signal. Thus, although conventional methods can operate in certain cases, the Applicants currently prefer to use a particular technique, which makes it possible to estimate a derivative with a lower sensitivity to the noise contained in the initial signal x (t).
Calcul de dérivée - formules en section 1 de l'annexeDerivative calculation - formulas in section 1 of the appendix
Selon cette technique particulière, on calcule la dérivée en un point to, à partir d'intégrales, calculées sur un segment temporel de durée tf commençant à l'instant to.According to this particular technique, the derivative is computed at a point to, starting from integrals, calculated on a time segment of duration tf starting at time to.
Une façon de faire est illustrée par la relation (11), dans laquelle :One way of doing is illustrated by relation (11), in which:
- x(v)(0) représente la dérivée temporelle d'ordre v à l'instant origine to, avec ici to = 0.- x (v) (0) represents the time derivative of order v at the instant origin to, with here to = 0.
- Gr,j est un coefficient déterminable, qui dépend de r et de i, ainsi que de paramètres M et N, - l'expression de l'indice α dépend de l'indice n, de la borne de sommation r, ainsi que des paramètres M et N,- G r , j is a determinable coefficient, which depends on r and i, as well as on parameters M and N, - the expression of the index α depends on the index n, on the summation terminal r, and only parameters M and N,
- Kα,n est un autre coefficient déterminable, qui dépend de r et de n, via α, ainsi que du paramètre N,- Kα, n is another determinable coefficient, which depends on r and n, via α, as well as on the parameter N,
- IT41Q1n est une intégrale calculable sur l'intervalle [t0) to + tf], sur la base d'une expression déterminable, qui, via α, dépend de r et n, ainsi que de la différence entre les paramètres M et N.
Comme on le verra, le paramètre N peut être associé à un ordre de troncature dans un développement de Taylor, ainsi qu'à un ordre d'intégration du développement de Taylor ainsi tronqué. De son côté, M est un paramètre dont on verra qu'on peut l'associer à un ordre d'intégration appliqué après une suite de dérivations.- IT 41 Q 1n is a computable integral over the interval [t 0) to + tf], on the basis of a determinable expression, which, via α, depends on r and n, as well as the difference between the parameters M and N. As will be seen, the parameter N can be associated with a truncation order in a Taylor development, as well as with an integration order of Taylor's truncated development. For its part, M is a parameter which we will see that we can associate with an order of integration applied after a series of derivations.
La forme générale de l'expression \Tϋ a,n est donnée par la relation (12), dans un mode de réalisation. La grandeur α est liée à M-N-r.The general form of the expression \ T ϋ a , n is given by the relation (12), in one embodiment. The magnitude α is related to MNr.
Dans la relation (11), les inconnues sont les x(v)(0). Le reste représente des coefficients, que l'on peut calculer comme suit :In relation (11), the unknowns are x (v) (0). The remainder represents coefficients, which can be calculated as follows:
- faire le calcul simple du membre de gauche,- do the simple calculation of the member on the left,
- pour le membre de droite, calculer ITVn.n en utilisant l'intégrale simple de la relation (12), et multiplier le résultat par le coefficient Kr-n,n.- for the right-hand side, calculate ITVn.n using the simple integral of relation (12), and multiply the result by the coefficient K r - n , n.
Les coefficients Gr,i et Kr-n,n peuvent être retrouvés par exemple dans une ou des tables où ils sont stockés en fonction des indices.The coefficients G r , i and K r - n , n can be found for example in a table or tables where they are stored according to the indices.
Soit Z l'ordre d'une dérivée recherchée x(Z)(0). On considère alors un jeu d'équations écrites selon la relation (11), correspondant respectivement aux valeurs de r de 0 à Z, en prenant le paramètre N au moins égal à Z. Cela fournit un système de (Z+1) équations. Les coefficients de chaque équation sont calculés comme indiqué ci-dessus. Il reste alors à résoudre un système de (Z+1) équations du premier degré à (Z+1) inconnues, ce que les moyens de calcul actuels permettent aisément. On accède ainsi à la dérivée recherchée x(Z)(0) ; on accède d'ailleurs également aux dérivées de rang inférieur au même instant t0 = 0. Par exemple, la dérivée d'ordre 0, soit x(0)(0), représente en fait le signal débruité lui-même, ce qui peut être intéressant en soi.Let Z be the order of a desired derivative x (Z) (0). We then consider a set of equations written according to the relation (11), corresponding respectively to the values of r from 0 to Z, taking the parameter N at least equal to Z. This provides a system of (Z + 1) equations. The coefficients of each equation are calculated as indicated above. It remains then to solve a system of (Z + 1) equations of the first degree to (Z + 1) unknown, which the current computing means allow easily. This gives access to the desired derivative x (Z) (0); we also have access to lower-order derivatives at the same time t 0 = 0. For example, the derivative of order 0, ie x (0) (0), actually represents the denoised signal itself, which can be interesting in itself.
Ayant ainsi estimé la dérivée x(Z)(0), pour to = 0, on peut opérer de même à des instants suivants, par décalage temporel du segment considéré. Le
segment va donc « glisser », d'une manière similaire à la technique dite des « fenêtres glissantes », fréquemment utilisées en traitement de signal, par exemple pour des calculs de moyenne, variance, fréquence instantanée, notamment.Having thus estimated the derivative x (Z) (0), for to = 0, it is possible to operate likewise at the following times, by temporal shift of the segment under consideration. The segment will therefore "slip", in a manner similar to the technique known as "sliding windows", frequently used in signal processing, for example for calculations of average, variance, instantaneous frequency, in particular.
La figure 6 présente plus précisément la manière dont on procède pour l'implémentation numérique des segments glissants. Il s'agit ici d'un segment Sj de taille tf , que l'on peut écrire [tj, tj + tf ]. D'un segment au suivant, on a tj+i = tj + k te, où te est la période d'échantillonnage du signal initial x(t) et k est en principe égal à 1 (k peut être un nombre, en principe entier, supérieur à 1 , s'il est acceptable de ne pas estimer la dérivée en tous les points).Figure 6 presents more precisely the way in which one proceeds for the numerical implementation of the sliding segments. This is a segment Sj of size t f , which can be written [tj, tj + t f ]. From one segment to the next, we have j + i = tj + kt e , where te is the sampling period of the initial signal x (t) and k is in principle equal to 1 (k can be a number, in principle integer, greater than 1, if it is acceptable not to estimate the derivative at all points).
Pour chaque segment, on calcule l'estimation de la dérivée d'ordre Z du signal à l'origine tj de ce segment. Par exemple, pour le segment S2, on calcule la dérivée d'ordre Z à l'origine t2 de ce segment, soit : x(Z)(t2) = x(Z)(2 k te)For each segment, we calculate the estimate of the derivative of order Z of the signal at the origin tj of this segment. For example, for the segment S2, we compute the derivative of order Z at the origin t 2 of this segment, that is: x (Z) (t 2 ) = x (Z) (2 kt e )
L'ensemble de ces estimations x(Z)(tj), rangé temporellement (directement ou par indexation), forme le signal dérivé d'ordre Z en chaque point de x(t).The set of these estimates x (Z) (tj), arranged temporally (directly or by indexing), forms the derivative signal of order Z at each point of x (t).
On observera que des simplifications sont possibles. Par exemple, il n'est pas nécessaire de recalculer complètement les intégrales
à chaque glissement du segment. Après avoir déterminé une intégrale IT1Vn1n pour le premier segment S0, il suffit ensuite de soustraire la contribution du ou des échantillons qui sortent du segment côté amont, et d'ajouter celle du ou des échantillons qui entrent dans le segment, côté aval.It will be observed that simplifications are possible. For example, it is not necessary to completely recalculate the integrals with each slip of the segment. After having determined an integral IT 1 Vn 1n for the first segment S 0 , it is then sufficient to subtract the contribution of the sample or samples that leave the segment upstream side, and to add that of the sample or samples that enter the segment, side downstream.
En fait, puisque le signal est échantillonné, ces intégrales sont des sommations sur des échantillons successifs. Il est donc envisageable de calculer les IT1Vn1n en procédant échantillon par échantillon, donc sans sommation à ce stade. Pour le premier segment, on somme sur les p
échantillons correspondant à la durée tf ; ensuite on procède par retranchement/ajout de contributions, comme indiqué plus haut. D'autres simplifications du calcul sont envisageables.In fact, since the signal is sampled, these integrals are summations on successive samples. It is therefore possible to calculate the IT 1 Vn 1n by proceeding sample by sample, so without summation at this stage. For the first segment, we sum up on the p samples corresponding to the duration t f ; then we proceed by deducting / adding contributions, as indicated above. Other simplifications of the calculation are possible.
C'est en suivant les variations de ce signal dérivé d'ordre Z que l'on peut déterminer les fenêtres consécutives Fi, comme indiqué plus haut.It is by following the variations of this signal derived from order Z that we can determine the consecutive windows Fi, as indicated above.
La largeur tf des segments Sj peut être choisie en fonction d'une appréciation d'une durée ε, liée à une approximation, contenue dans l'équation (11) et sur laquelle on reviendra.The width t f of the segments Sj can be chosen according to an appreciation of a duration ε, related to an approximation, contained in the equation (11) and on which we will return.
Il est envisageable d'utiliser des segments de longueur variable, et/ou un pas variable entre segments, au moins dans certains cas.It is conceivable to use segments of variable length, and / or a variable pitch between segments, at least in certain cases.
Ainsi, on peut adapter la taille du segment Si « en ligne » en fonction par exemple de l'erreur d'estimation, obtenue en comparant point par point le signal d'origine x(ti) et la dérivée d'ordre 0 débruitée x(0)(ti), déjà mentionnée. Le segment glissant est alors de longueur variable.Thus, the size of the segment Si "in line" can be adapted as a function, for example, of the estimation error, obtained by comparing point by point the original signal x (ti) and the derivative of order 0 denoised x (0) (ti), already mentioned. The sliding segment is then of variable length.
Bases mathématiques - formules en section 2 de l'annexeMathematical Basics - Forms in Section 2 of the Appendix
En règle générale, un signal physique est analytique par morceaux. Ce signal x(t) peut donc s'écrire sous la forme d'un développement en série de Taylor, selon la relation (21) annexée, dans laquelle : - 1 représente le temps; etIn general, a physical signal is piecewise analytic. This signal x (t) can therefore be written in the form of a Taylor series development, according to the appended relation (21), in which: - 1 represents the time; and
- x(v)(0) représente la dérivée temporelle d'ordre v à l'instant origine t = 0.x (v) (0) represents the time derivative of order v at the instant origin t = 0.
En détail :In detail :
- x(0)(0) représente la valeur de x(t) à l'instant t ≈ 0 (dérivée d'ordre 0), - x(1)(0) représente la dérivée première de x(t) à l'instant t = 0,- x (0) (0) represents the value of x (t) at time t ≈ 0 (derivative of order 0), - x (1) (0) represents the first derivative of x (t) to l moment t = 0,
- x(N)(0) représente la dérivée d'ordre N de x(t) à l'instant 0.
Une approximation intéressante du signal s'obtient à l'aide d'un développement en série de Taylor tronqué à l'ordre N, comme l'illustre la relation (22). Cette relation (22) peut s'analyser comme définissant un polynôme d'ordre N en fonction du temps t.x (N) (0) represents the derivative of order N of x (t) at time 0. An interesting approximation of the signal is obtained using an N-truncated Taylor series expansion, as shown in relation (22). This relation (22) can be analyzed as defining a polynomial of order N as a function of time t.
Le développement en série de Taylor tronqué à l'ordre N donne une valeur approchée du signal x(t), valable sur un intervalle de temps court [0, ε], avec ε > 0. La valeur de l'ordre N peut être choisie en fonction des considérations suivantes : - quel est l'ordre de dérivation Z souhaité,The truncated Taylor series expansion to the order N gives an approximate value of the signal x (t), valid over a short time interval [0, ε], with ε> 0. The value of the order N can be chosen according to the following considerations: - what is the desired Z derivation order,
- si le signal d'origine est fortement bruité, la taille du segment glissant ne peut être trop petite (plus l'horizon d'intégration est grand, moins le bruit a d'influence).- If the original signal is highly noisy, the size of the sliding segment can not be too small (the greater the horizon of integration, the less noise has influence).
- avoir une bonne représentation du signal d'origine sur un segment assez grand nécessite un polynôme de degré suffisant.- having a good representation of the original signal on a fairly large segment requires a polynomial of sufficient degree.
- il faut trouver un compromis entre la précision souhaitée pour l'approximation et la complexité admissible pour le calcul.- a compromise must be found between the desired precision for the approximation and the allowable complexity for the calculation.
Par conséquent, le niveau de bruit, la taille commune des segments (éventuellement leur taille moyenne), l'ordre N du polynôme, et l'ordre de dérivation souhaité, notamment, jouent ainsi un rôle important dans le choix du mode de calcul de la dérivée.Consequently, the noise level, the common size of the segments (possibly their average size), the order N of the polynomial, and the desired derivation order, in particular, thus play an important role in the choice of the calculation mode of the derivative.
En principe, l'estimation de la dérivée à l'origine de chaque segment peut se faire de plusieurs manières. On peut par exemple chercher à estimer directement les N+1 coefficients du polynôme correspondant au développement de Taylor tronqué de la relation (22), et ne retenir que ceux qui sont d'intérêt.In principle, the estimation of the derivative at the origin of each segment can be done in several ways. One can, for example, try to directly estimate the N + 1 coefficients of the polynomial corresponding to the Taylor truncated development of the relation (22), and to retain only those which are of interest.
II est actuellement préféré d'utiliser un procédé particulier, que l'on décrira maintenant. Il est à noter que ce procédé n'est pas unique, et pourra admettre différentes variantes, notamment en ce qui concerne le choix des
ordres d'intégration et/ou de dérivation.It is currently preferred to use a particular method, which will now be described. It should be noted that this method is not unique, and may admit different variants, particularly as regards the choice of integration and / or derivation orders.
Il s'agit d'estimer les N+1 coefficients du polynôme correspondant au développement de Taylor tronqué de la relation (22), ou du moins certains d'entre eux.It is a question of estimating the N + 1 coefficients of the polynomial corresponding to the Taylor truncated development of the relation (22), or at least some of them.
L'explication théorique de cette estimation est plus directe en travaillant dans le domaine opérationnel, par exemple en travaillant sur la transformée de Laplace. Par cette transformation, on passe de l'équation (22) à l'équation (23), dans laquelle s est la variable de Laplace. En multipliant les deux membres de l'équation (23) par sN+1, on obtient l'équation (24). En principe, on aura N - v supérieur ou égal à 0.The theoretical explanation of this estimate is more direct by working in the operational field, for example by working on the Laplace transform. By this transformation, we go from equation (22) to equation (23), where s is the Laplace variable. Multiplying the two members of equation (23) by s N + 1 yields equation (24). In principle, we will have N - v greater than or equal to 0.
On considère alors une suite de dérivations successives par rapport à la variable de Laplace s. Chaque dérivation peut s'écrire dm/dsm, avec pour m les valeurs de la suite {0, 1 , ...,N}. Le degré de dérivation m = 0 correspond à l'équation (24) telle quelle.We then consider a succession of successive derivations with respect to the Laplace variable s. Each derivation can be written d m / ds m , with m being the values of the sequence {0, 1, ..., N}. The degree of derivation m = 0 corresponds to equation (24) as such.
Cet ensemble de dérivations selon s correspond au système d'équations (25), dans lequel :This set of derivations according to s corresponds to the system of equations (25), in which:
- au membre de gauche, il apparaît d'abord une matrice unicolonne d'opérateurs de dérivation, dont, à chaque ligne de cette matrice, l'opérateur de dérivation est appliqué à l'expression sN+1 XN(S) - au membre de droite, P est une matrice d'opérateurs de Laplace.- on the left-hand side, there appears first a unicolon matrix of derivation operators, of which, at each line of this matrix, the derivation operator is applied to the expression s N + 1 XN (S) - to Right member, P is a matrix of Laplace operators.
La matrice P est une matrice triangulaire supérieure (N+1 , N+1). On peut noter P(u, v) son élément courant, avec, en lignes, u e [0, N], et en colonnes, v e [0, N]. L'élément courant P(u,v) s'écrit alors selon le tableau I suivant :
Tableau IThe matrix P is an upper triangular matrix (N + 1, N + 1). We can note P (u, v) its current element, with, in lines, ue [0, N], and in columns, ve [0, N]. The current element P (u, v) is then written according to the following table I: Table I
On procède alors à une intégration d'ordre M, avec M > N. Dans le domaine opérationnel, l'intégration d'ordre M correspond au système d'équations (26). Comme la matrice P, le produit Q = 1/sM P reste une matrice triangulaire d'opérateurs. Son élément courant s'écrit alors selon le tableau II suivant :We then proceed to an integration of order M, with M> N. In the operational domain, the integration of order M corresponds to the system of equations (26). Like the matrix P, the product Q = 1 / s M P remains a triangular matrix of operators. Its current element is then written according to the following Table II:
Tableau IITable II
On notera que les coefficients sont les mêmes dans les matrices P et Q.Note that the coefficients are the same in the P and Q matrices.
Membre de gauche de l'équation (26) - Formules en section 3 de l'annexeLeft-hand member of equation (26) - Formulas in section 3 of the appendix
L'équation (31) définit une notation de commodité, où le membre de gauche de la relation (26) est représenté par une matrice colonne d'éléments {AU, Al_i ... AI_N}. Le "L" rappelle qu'on est dans le domaine de Laplace. On note par ALr un élément courant de cette matrice, et par ATr l'équivalent dans le domaine temporel de ALr.Equation (31) defines a convenience notation, where the left-hand side of the relation (26) is represented by a column matrix of elements {AU, Al_i ... AI_N}. The "L" recalls that we are in the Laplace area. We denote by AL r a current element of this matrix, and by AT r the time-domain equivalent of AL r .
Par ailleurs, les équations (32) et (33) donnent les dérivées première et seconde de sN+1 XN(S), respectivement.
En divisant les deux membres de l'équation (33) par sM, on obtient l'équation (34), qui donne l'élément AL2 de l'équation (31) dans le domaine de Laplace.Moreover, equations (32) and (33) give the first and second derivatives of s N + 1 XN (S), respectively. By dividing the two members of equation (33) by s M , we obtain equation (34), which gives element AL2 of equation (31) in the Laplace domain.
Il est rappelé que le passage du domaine de Laplace au domaine temporel admet les correspondances du tableau III suivant : Tableau IIIIt is recalled that the passage of the domain of Laplace to the time domain admits the correspondences of the following table III: Table III
Ainsi, partant de l'équation (34), et dans le cas M = N+1, l'équation (35) donne l'équivalent AT2 dans le domaine temporel de l'équation AL2 dans le domaine de Laplace.Thus, starting from equation (34), and in the case M = N + 1, equation (35) gives the equivalent time domain AT2 of equation AL2 in the Laplace domain.
Dans l'équation (35), le membre de droite est la somme de trois termes : - le premier est une intégrale double (itérée 2 fois) sur un intervalle de temps [0, tf],In equation (35), the right-hand side is the sum of three terms: - the first is a double integral (iterated twice) over a time interval [0, tf],
- le second est une intégrale simple sur un intervalle de temps [0, tf], etthe second is a simple integral over a time interval [0, tf], and
- le troisième est un terme lié au temps tf, au carré.the third is a term related to the time t f , to the square.
Au fil des dérivations successives (en s, dans le domaine opérationnel), cette structure va être conservée :Over successive derivations (in s, in the operational domain), this structure will be preserved:
- dans le domaine de Laplace, on aura des expressions de la forme IL donnée à l'équation (36)- in the Laplace domain, we will have expressions of the form IL given to equation (36)
- leur équivalent temporel a la forme IT donnée par la relation (37). On notera que les intégrales itérées de la relation (37) portent toutes sur la même durée t, qui est égale à tf dans l'exemple ; l'indice qui est ajouté à la variable t a seulement pour but de distinguer les différentes variables d'intégration.
De plus, les Demandeurs ont observé que des intégrales itérées selon la relation (37) peuvent se réduire à l'intégrale simple de la relation (12) précitée, du fait que ces intégrales itérées ont toutes pour origine le même temps t = 0 (plus généralement, le temps tj de début du segment Sj concerné).their temporal equivalent has the form IT given by the relation (37). It will be noted that the iterated integrals of the relation (37) all relate to the same duration t, which is equal to t f in the example; the index that is added to the variable ta only to distinguish the different integration variables. Moreover, the Applicants have observed that iterated integrals according to relation (37) can be reduced to the simple integral of the aforementioned relation (12), since these iterated integrals all originate at the same time t = 0 ( more generally, the time tj of the beginning of the segment Sj concerned).
En généralisant, l'élément courant ALr possède dans le domaine temporel un équivalent ATr que l'on peut exprimer par la relation (38). Celle-ci présente la forme d'une somme d'intégrales ITr-n,n , calculables sur un intervalle de temps t (ici, t = tf), et multipliées par des coefficients Kr-n,n respectifs, déterminables à l'avance à partir de l'expression de la dérivée d'ordre r de sN+1 XN(S), divisée par sM, et convertie dans le domaine temporel.By generalizing, the current element AL r has in the time domain an equivalent AT r that can be expressed by the relation (38). It has the form of a sum of integrals IT r - n , n, computable over a time interval t (here, t = t f ), and multiplied by coefficients K r - n , n respective, determinable in advance from the expression of the derivative of order r of s N + 1 XN (S), divided by s M , and converted into the time domain.
Si l'on revient maintenant à l'équation (11), il apparaît que le membre de droite de l'équation (11) correspond précisément à ATr .If we now return to equation (11), it appears that the right-hand side of equation (11) corresponds exactly to AT r .
Membre de droite de l'équation (26) - Formules en section 4 de l'annexeRight-hand member of equation (26) - Formulas in section 4 of the appendix
A son tour, le membre de droite de l'équation (26) peut être représenté par une matrice d'éléments BLn comme indiqué par la relation (41), L'équivalent des BLr dans le domaine temporel sera noté BTr. De plus, BLr est obtenu par une multiplication matricielle qui intéresse la ligne r de la matrice Q(u, v). L'équation (42) exprime ce terme courant BTr dans le domaine temporel, avec u = r et v = i, où i est l'indice de sommation. On atteint les éléments nuls au-delà de i = N - r.In turn, the right-hand side of equation (26) can be represented by a matrix of elements BL n as indicated by relation (41). The equivalent of BL r in the time domain will be noted BT r . Moreover, BL r is obtained by a matrix multiplication which concerns the line r of the matrix Q (u, v). Equation (42) expresses this current term BT r in the time domain, with u = r and v = i, where i is the summation index. We reach the null elements beyond i = N - r.
Le passage au domaine temporel, pour un élément courant non nul de la matrice Q, peut être mieux compris à l'aide du tableau IV suivant :
Tableau IVThe transition to the time domain, for a non-zero current element of the matrix Q, can be better understood using the following Table IV: Table IV
Le coefficient G1-,-, de l'équation (42) s'exprime donc selon l'équation (43).The coefficient G 1 -, - of equation (42) is therefore expressed according to equation (43).
Si l'on retourne à nouveau à l'équation (11), il apparaît que le membre de gauche de l'équation (11) correspond à BT1- selon l'équation (42).If we return again to equation (11), it appears that the left-hand side of equation (11) corresponds to BT 1 - according to equation (42).
Bien qu'elles ne soient pas nécessaires pour mettre en œuvre l'équation (11), les explications ci-dessus permettent de mieux comprendre son origine, et également de déterminer a priori les valeurs des coefficients, notamment des coefficients Kr-n,n et Gr,j en fonction des paramètres N et M choisis a priori, et des valeurs de leurs indices. Une détermination et/ou une vérification par tâtonnement des coefficients Kr-n,n et Gr,j serait également envisageable.Although they are not necessary to implement equation (11), the explanations above make it possible to better understand its origin, and also to determine a priori the values of the coefficients, in particular of the coefficients K r - n, n and G r, j according to the parameters N and M chosen a priori, and values of their indices. Determination and / or trial-and-error verification of the coefficients K r - n , n and G r , j would also be conceivable.
En ce qui concerne le calcul des intégrales contenues dans ATn la relation (12) propose une intégrale simple particulièrement avantageuse. Cependant, il resterait possible de procéder au même calcul par des intégrales itérées, calculées selon l'équation (36).As regards the computation of the integrals contained in AT n the relation (12) proposes a particularly advantageous simple integral. However, it would be possible to proceed to the same calculation by iterated integrals calculated according to equation (36).
En résumé, l'ensemble des dérivées en t = 0, peuvent être estimées à l'aide d'intégrales du signal à traiter x(t), ayant la forme de l'expression (37), ou, mieux, de l'expression (12).In summary, the set of derivatives at t = 0 can be estimated using integrals of the signal to be processed x (t), having the form of the expression (37), or, better, of the expression (12).
Choix du paramètre M - Formules en section 5 de l'annexeChoice of parameter M - Formulas in section 5 of the appendix
On a vu que l'ordre M d'intégration était au minimum égal à N + 1, et
pouvait être supérieur à N + 1. Les bases du choix de M peuvent être les suivantes : l'intégration filtre les fluctuations rapides du signal d'origine. Plus l'on va intégrer, plus l'on va filtrer ; en contrepartie, on réduit aussi le caractère informatif du signal. Pour minimiser les calculs à effectuer, on peut utiliser le strict minimum d'intégration, soit M = N + 1.We have seen that the order M of integration was at least equal to N + 1, and could be greater than N + 1. The basics of choosing M can be as follows: the integration filters the fast fluctuations of the original signal. The more we integrate, the more we will filter; in return, it also reduces the informative nature of the signal. To minimize the calculations to be performed, we can use the bare minimum integration, ie M = N + 1.
On observera cependant que l'équation (32) contient tout à fait à droite un terme en d/ds[XN(s)]. Il s'en déduit l'expression de Al_i, conformément à l'équation (51). Pour M = N + 1, l'équivalent ATi dans le domaine temporel est donné par l'équation (52). Son terme de droite, de la forme (-1) tf XNO), est dépendant du signal xN(t) lui-même (et, dans ce cas, c'est le seul). On peut préférer de ne faire apparaître que des intégrations du signal, et non l'expression en XN(Î) du signal lui même. Dans ce cas, une intégration supplémentaire, soit avec M = N + 2, est à effectuer. L'expression de ATi prend alors la forme de la relation (53).It will be observed, however, that equation (32) contains on the far right a term in d / ds [X N (s)]. It follows the expression of Al_i, according to equation (51). For M = N + 1, the equivalent ATi in the time domain is given by equation (52). Its right-hand term, of the form (-1) t f XNO), is dependent on the signal x N (t) itself (and, in this case, it is the only one). It may be preferable to show only integrations of the signal, and not the expression in XN (I) of the signal itself. In this case, an additional integration, ie with M = N + 2, is to be performed. The expression of ATi then takes the form of the relation (53).
Plus généralement, il est considéré comme accessible à l'homme du métier de déterminer les coefficients de l'ensemble des équations précitées dans le domaine temporel pour tout ordre d'intégration M supérieur à N.More generally, it is considered as accessible to those skilled in the art to determine the coefficients of all the aforementioned equations in the time domain for any order of integration M greater than N.
Dans ce qui précède, le système d'équations tiré de l'équation (11) pour différentes valeurs de r correspond à une seule et même valeur des paramètres M et N. Du fait que les matrices P et Q sont triangulaires, donc toujours inversibles, le système d'équations ainsi obtenu admet toujours des solutions.In the above, the system of equations taken from equation (11) for different values of r corresponds to one and the same value of the parameters M and N. Since the matrices P and Q are triangular, so always invertible the system of equations thus obtained always admits solutions.
Une variante consisterait à établir plusieurs systèmes d'équations pour différentes valeurs de M, avec par exemple un système d'équations pour M = N + 1 , et un autre pour M = N + 2. Pour un signal donné, ou pour une portion I d'un signal donné, on peut alors choisir le système d'équations appliqué, ou une combinaison particulière de ceux-ci (combinaison linéaire par exemple), en fonction d'une appréciation des caractéristiques du signal
d'entrée à compresser. On pourrait encore mélanger les équations des deux systèmes.One variant would consist in establishing several systems of equations for different values of M, with for example a system of equations for M = N + 1, and another for M = N + 2. For a given signal, or for a portion I of a given signal, one can then choose the system of equations applied, or a particular combination of them (linear combination for example), according to an appreciation of the characteristics of the signal. input to compress. We could still mix the equations of the two systems.
La technique proposée ci-dessus pour le calcul d'un signal dérivé d'ordre choisi peut être considérée comme un filtrage, puisqu'elle réduit l'effet du bruit. Ce filtrage est non-fréquentiel, en ce sens qu'il n'est pas complètement assimilable à un filtrage passe-bas classique, associé à une fréquence de coupure. Le filtrage ici proposé procède d'une estimation de dérivées par intégrales itérées, puisqu'il filtre le signal lui-même et/ou une ou plusieurs de ses dérivées à partir d'intégrales locales du signal initial.
The technique proposed above for calculating a selected order derivative signal can be considered as a filter, since it reduces the effect of noise. This filtering is non-frequency, in that it is not completely comparable to conventional low-pass filtering, associated with a cut-off frequency. The filtering proposed here proceeds from an estimate of iterated integral derivatives, since it filters the signal itself and / or one or more of its derivatives from local integrals of the initial signal.
Annexe 1Annex 1
Section 1Section 1
Section 2Section 2
Section 5Section 5