Synergie entre traitement du signal et communication mobile

F O C U S | mobile communication
Synergie entre traitement du signal et
communication mobile
Les méthodes du traitement du signal ont contribué considérablement à l’évolution
technologique récente des systèmes de communication mobile. En contrepartie,
les applications rattachées au traitement du signal se sont largement diversifiées grâce
aux récents progrès des techniques de communications sans fil. Nous présentons ici
quelques applications illustrant ces synergies et leur grand potentiel innovateur.
Dr Rolf Vetter
Professeur de traitement du
signal et télécommunications
Photo : HESB-TI
À l’Institut for Mobile Communications, nous cherchons et
développons des procédures et des méthodes novatrices
pour élargir le domaine des applications mobiles. Dans ce
but, l’équipe de l’institut a été récemment renforcée par la
venue du Dr Rolf Vetter qui a travaillé pendant 11 ans au
Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique
( CSEM ) en tant qu’expert du traitement du signal et de
l’ingénierie biomédicale. Il a contribué, notamment, au développement de nouvelles solutions dans les domaines du
monitoring et télé-monitoring de paramètres physiologiques, ainsi que du traitement de la parole. Toutes ces
applications ont été rendues faisables grâce aux vastes
progrès dans le domaine des communications mobiles,
tant au niveau GSM qu’à celui des téléphones satellitaires.
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Rythme cardiaque sur smartphone
Dans le sport, le GSM et tout particulièrement les smartphones avec leur interface utilisateur graphique ont donné
un nouvel essor aux moniteurs de signaux physiologiques.
Les moniteurs classiques portés sous forme d’une montre
au poignet ont souvent une interface utilisateur limitée. Les
smartphones ouvrent de nouveaux horizons: d’une part,
grâce à leurs interfaces visuelles ils procurent une qualité
d’analyse hors pair et, d’autre part, ils disposent d’écouteurs qui permettent un retour auditif contenant des informations essentielles pour l’utilisateur. Une application innovatrice, présentée récemment par le CSEM, tire largement
avantage de ces atouts. La méthode proposée extrait l’information du rythme cardiaque à partir d’un signal infrarouge prélevé à l’oreille ( voir Figure 1 ). Le senseur infrarouge est intégré directement dans les écouteurs et
l’utilisateur peut ainsi s’adonner pleinement au plaisir du
sport au rythme de la musique sans l’utilisation d’une
ceinture au thorax, souvent perçue comme oppressante.
Néanmoins, sans les méthodes du traitement du signal,
l’extraction du rythme cardiaque à partir des signaux infra-
Figure 1 : Application de mesure du rythme cardiaque à
l’oreille pour smartphone.
Photo : CSEM
Figure 2 : Analyse des paramètres vitaux durant une
expédition de 35 jours au Tibet. Les zones ombrées
bleues et rouges représentent deux phases
physiologiques distinctes lors de l’adaptation à
l’altitude, à savoir les phases de montée en rouge et
les phases de repos en bleu.
Photo : CSEM
rouges ne pourrait pas se faire de façon fiable. Un algorithme adaptatif utilisant l’information d’un accéléromètre
intégré dans les écouteurs permet de réduire les artefacts
du mouvement dans le signal infrarouge à un niveau tolérable. En utilis ant les facilités de communication du GSM,
le rythme cardiaque extrait peut ensuite être transmis
dans les plus brefs délais à un entraîneur sportif, afin
d’obtenir, par exemple, des conseils spécifiques, ou à un
ami au sein d'un un réseau social sur internet.
Télémonitoring
Un autre domaine où la synergie entre les télécommunications et le traitement du signal a permis d’envisager de
nouveaux modes de fonctionnement concerne les expéditions en très haute altitude ( plus de 4000 mètres ),
comme par exemple dans l’Himalaya. Lorsqu’une personne s’élève en altitude pour des durées prolongées,
ses paramètres physiologiques changent. Si l’élévation en
altitude se fait trop vite, le corps n’arrive plus à s’adapter
correctement et il en résulte un déséquilibre physiologique profond qui peut aller jusqu’à entraîner la mort. Le
CSEM a développé un appareil portable qui facilite la gestion de l’acclimatation à l’altitude par une surveillance médicale à distance. Trois paramètres physiologiques, à savoir le rythme cardiaque ( HR ), la saturation partielle en
oxygène du sang ( SpO2 ) et un indicateur du système nerveux autonome ( SNA ) sont extraits à partir de signaux
rouge et infrarouge prélevés au doigt ou au front en utilisant des techniques de traitement du signal ( Figure 2 ). Ils
sont stockés localement dans la mémoire de l’appareil
portable et sont envoyés quand cela est possible par téléphone satellitaire à un centre médical d’analyse se trouvant, par exemple, en Suisse. Le médecin peut ainsi surveiller l’évolution de la santé de l’himalayiste à distance et
l’avertir par téléphone satellitaire des mesures à prendre
en cas de problème détecté sur les signaux reçus.
Rehaussement de parole pour prothèses auditives binaurales
La communication sans fil et le traitement de signal apportent également une importante plus-value dans le domaine des prothèses auditives binaurales. Le terme binaural indique que l’utilisateur a une prothèse auditive
dans chaque oreille. Afin que les deux prothèses puissent
échanger des informations, celles-ci sont reliées par une
communication sans fil. Cette configuration particulière
peut être exploitée par les méthodes du traitement du signal afin de procurer un rehaussement de la parole de
qualité supérieure aux algorithmes travaillant de façon indépendante dans chaque oreille. Néanmoins, les performances atteignables dépendent entre autres de la complexité algorithmique et du débit du canal de transmission.
Les meilleures performances en termes de consommation,
d’autonomie et d’amélioration de d’intelligibilité peuvent
seulement être obtenues en exploitant de façon optimale
les synergies entre communications mobiles et traitement
du signal.
Les différents exemples dont nous avons parlé montrent
que les méthodologies de recherche en traitement du signal et dans les communications mobiles sont liées et se
stimulent mutuellement pour donner naissance à des innovations technologiques. Le renforcement de l’Institute
for Mobile Communications par un expert en traitement du
signal appliqué aura certainement un effet catalyseur dans
ces deux domaines et élargira le spectre de recherche de
l’institut.
Contact :
> [email protected]
> Infos: www.ti.bfh.ch/imc
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