TW546939B - Method, apparatus and system for data embedding in digital telephone signals and the like, and in particular cellular phone systems, without affecting the backwards compatibility of the digital phone signal - Google Patents
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Description
546939 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 本發明最重要的應用領域可能在於用於在數位電話 信號及其類似物嵌入之改良後的技術，特別是在蜂巢式電 話系統中對語音信號的補充資料（例如，有目標的廣告影 像、音樂或其他娛樂內容、市場區位廣告、互動e商務應 用、遊戲、天氣預報與其他服務）。此嵌入在其被傳輸前 較佳地在一點被影響，此處音頻語音信號正由未壓縮之顯 示被轉換成高度壓縮之顯示，例如在中央點為了抽取之使 用者的手機，或在手機用於抽取之中央數位化點。本發明 促成在處理的任何點由數位語音電話信號抽取該被嵌入 之資料而不會以任何方式影響其數位信號。 例如在該補充資料欲在使用者電話被接收的情形，其 可被抽取成為適當的格式，且用（或在）該電話被顯示、執 行、儲存或處置，且在系統中另一點要接收該補充資料的 情形中，其可被抽取成為適當的格式及依該所欲系統之語 意有關的方式作用。 進而言之，本發明在嵌入此補充資料至系統的任何中 間點亦為有用的，甚至且包括數位信號已被壓縮的嵌入， 雖然此事件之透明度、效率與位元率為多少有些較低的。 然而在所有應用中，本發明較佳地使用本人稍早於 1 9 99年11月3日建檔的聯合申請審議中美國專利序號第 0 9/389,94 1 號（PCT 申請案第 PCT/IB0 0,0 0 227 號），題目 為 Process, System, And Apparatus For Embedding Data In Compressed Audio, Image, Video And Other Media Files And The Like”所揭示的基本技術。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------^---------^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 A7 ____B7 五、發明說明（2 ) 在如於本發明本人該審議中聯合專利申請案所解釋 者’資料經常於此被嵌入成媒體資訊與格式之類比顯示。 此已被廣泛地使用，例如在用於傳輸如文字的補充資料的 電視與廣播用途，但所用的技術一般並非能傳輸高位元率 的數位資料。 浮水印標識資料已被嵌入而對媒體之降級與操縱成 為強健的。典型的浮水印標識技術依賴透過應用於媒體檔 案之傳輸的普遍型式正被保存的信號之總特徵。這些技術 也再受限於相當低的位元率。音頻浮水印標識技術的良好 位元率實際上也不過是僅約每秒有數打的資料被編碼。 雖然已被嵌入低位元之信號-領域數位媒體促成使 用高位元率，此資料為未壓縮的，或僅能為相當低的壓縮 率。此外，很多現代的壓縮檔案格式不使用此種信號-領 域代表，因而不適用此技術。而且此技術在被用以將聲音 檔案內之資料編碼時易於引入可聽到的雜訊。 說明此相關技術與使用的習知美國專利為： 1. 第4, 379, 9 47號：處理與音頻之同步傳輸； 2. 第5, 185, 80 0號：根據心理聽覺準則以適應性量子化就 變換後之數位廣播信號使用位元分配； 3. 第5，7 1 Q，8 3 4號：透過圖形影像被輸送之碼信號； 4. 第5，8 3 2，11 9號··用嵌入於實證資料之控制信號控制系 統； 5 .第5，8 5 G，4 8 1號：被嵌入之文件，但非用於任意資料或 電腦碼； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I----I----- I ί I----訂-- -----— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546939 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（3 ) 6. 第5, 889, 868號：嵌入資料中之數位浮水印標識；以及 7. 第5, 893, 0 67號：隱藏於音頻信號之回音資料。 與此技術相關的習知出版品包括= 1. Bender， W. D. Gruhl， M· Morimoto 與 A. Lu 之 “ Techniques for data hiding’’，IBM System Journa 1, 第35卷，第3與4期，第313-316頁； 2. MPEG Spec-1 SO/I EC 11172， part 1-3, Information Technology-Coding of moving pictures and associated audio digital storage media at up to about 1.5 Mbits/s, Copyright 1 993，ISO/IEC;以及 3. ID3v2 spec: http//www. id3.org/easg.html http// www.id3.org/id3v2. 3. O.html 用於多媒體資料定標籤，特別是在低位元率資訊編 碼中使用浮水印標識用於版權定標籤之技術調查由 Lange 1 aar, G. C.等人在 “ Copy Protection For Multimedia Data based on Labeling Techn i ques” 中被 提出，（http:// www-it.et.tudelft.nl/html/research/ smash/public/benlx96/benelux-cr.html) 在與上述“MPEG Spec”與“IDSv2 Spec”參考應用特 別有關的為吾人已在共同申請案議中美國專利第 09/389,942 號之題目為 “Process Of And System For Seamlessly Embedding Executable Program Code Into Media File Formats Such As MP3 And The Like For Execution By Digital Media Player And Viewing Systems55, -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----^----^------------訂---------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546939 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（，） 4 (PCT申請案第PCT/IBOO，0 0 22 7號）中加以揭示，其是應 用本發明某些嵌入觀念的技術，特別被導向於鼓吹一種以 上的預先準備之音頻、視訊、靜止影像、3D或其他一般未 壓縮的媒體格式，以在數位媒體播放裝置之增加的圖形、 互動與（或）e商務內容呈現來擴充能力以補充其預先準備 之顯示。 然而就如稍早指出者，吾人稍早第一次提到的申請案 第0 9/ 38 9,94 1號更廣泛地關切以壓縮格式嵌入之資料， 且實際上典型地透過Fourier變換、離散餘弦變換、或其 他相當習知之函數將該資料之頻率顯示編碼。本發明在媒 體之壓縮後數位顯示中嵌入高位元率資料，包括透過修改 該壓縮後資料之頻率顯示的低位元係數，而因為該壓縮後 媒體可不須冗長的額外解壓縮/壓縮處理地直接被數位語 音電話信號，故促成快速編碼及解碼之額外利益。該技術 亦可與浮水印標識組合而被使用，但該水紋標識要在資料 編碼處理前被施用。 稍早引述之Lange 1 aar等人之出版品又參考及討論下 列額外習知技藝出版品_· 1_J· Zhao, E· Koch : “Embedding Robust Labels into Images for Copyright Protection” ， 1995 年 8 月，奧 地利維也納之專門資訊、知識與新技術之智慧財產權國 際大會論文集。 2. E. Koch, J. Zhao : ''Towards Robust and Hidden Image Copyright Lobeling”， 1995 年 6 月，Neos Marmaras，非 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝 --------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546939 A7 _-__________ B7 五、發明說明（） 5 線性信號與影像處理IEEE講習會論文集。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3.F. M. Boland, J.J.K 〇 Ruanaidh, C. Doutzenberg· “Copyright保護用之數位影像”，1995年7月，愛丁堡 第五屆影像處理及其應用國際研討會論文集， No·410 。
Lange 1 aar的額夕卜文章亦揭示較早的MPEG壓縮視訊格 式之標示： G. C. Langelaar, R. L. Lagendijk, J. Biemond · uReal-time labeling Method for MPEG Compressed Video”，1 997 年 5 月 15-16 日，荷蘭 Veldhoven，第十 八屆Benelux資訊理論研討會。 然而這些Zhao與Koch，Boland等人及Langelaar等 人之揭示雖然教習具有對將在下面更完整被解釋之本發 明的運用技術之成份有部分的類似之編碼技術做法，但其 未預期地或未實際地適用於以本發明針對及尋求之所欲 益處來解決全體問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先考量上面參考之Zhao與Koch的做法，其藉由使 用JPEG為基礎之技術在一影像中嵌入一信號（[JPEG])連 續音調靜止影像之數位壓縮與編碼，第一篇：規定與指 南，ISO/IEC DIS 10918-1)。其首先對依三個係數之大小 順序將一信號編碼，這些係數係由一個八區塊或八位元組 DCT中之中間頻率範圍的係數中被選出。其將這些三個使 用者間的順序關係的八個排列分為三組：一組編碼一 ‘ 1 ’ 位元（HML，MHL，HHL)，一組編碼一 ‘ 0’位元（MLH，LMH 與 LLH)’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 546939^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 6 及第三組編碼“無資料”（HLM，LHM與MMM)。其亦已擴充 此技術至視訊資料之浮水印標識。雖然他們的技術很強且 有修改的彈性，但其無法對大量的資料編碼，原因在於其 僅能修改的區塊為其資料已靠近被編碼之資料者；否則他 們必須修改該等係數以對“無資料”編碼。此外，因他們 必須改變大規模的係數之順序關係，故其也必須嚴格地修 改資料。如稍後將更完整地被解釋者，這些缺點被本發明 透過僅改變一係數中單一位元來編碼資料之技術克服。 就 Boland, Ruanaidh 與 Dautzenberg 而言，其使用 產生一影像之DCT Walsh變換或Wavelet變換的技術，然 後將1至所選擇的係數以對一個“ 1 ”位元編碼，或由所選 擇的係數減去1以對一個“ Q”位元編碼。此技術雖然乍看 之下會膚淺地類似本發明之一成份的一層面，但有被本發 明所要迴避之非常嚴重的限制，即其資訊僅能藉由比較編 碼後之影像與原始影像而被抽取，此意即任何媒體之已加 水紋標識與未加浮水印標識的複製必須同時被發送以使 浮水印標識會有作用。此也為嚴重的限制，在本發明藉由 嶄新的併入使用最小有效位元編碼技術而被克服。 然而此最小有效位元編碼稍早已廣泛地被提出，但未 如在本發明般地被實作。例如L a n g e 1 a a r，L a n g e n d i j k與 Biemond出版品教習一種技術藉由修改代表DCT係數之可 變長度碼（VLC)的最小有效位元而將MPEG視訊流中的資料 編碼。Langelaar等人之編碼藉由允許僅替換可被相同長 度且幅度差異為一之值替換的VLC值而使檔案的長度維持 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----1^-----------訂--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 546939 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 固定。此編碼僅是橫越該檔案並修改所有適合的VLC值。 然而他們的技術之缺點為相當稀少（在1. 4M位元/秒的視訊 檔案為每秒167個，而在1千四百萬位元之資訊中僅允許 167位元被編碼）。 比較之下，例如吾較早首先提到之申請案第0 9/389, 941號之技術在應用於視訊，藉由允許一組靠近的係數一 起被修改而去除這些限制並可達成高了很多之位元率又 可維持固定的檔案長度。此亦允許大了很多之資訊被儲存 而不有知覺上的衝擊，因其允許心理知覺模型以決定將被 修改之係數的選擇。 吾較早之發明的改良技術確實不像習知技藝，而允許 比在文獻中先前描述的速度（每秒300位元之程度）高了好 幾倍的程度將數位資訊編碼為音頻、影像或視訊檔案。就 如稍後將被描述者，本發明已很容易地嵌入30 G0位元/秒 之資料至1 2 8, 0 0 0位元/秒之音訊檔案內。 在習知技藝中，僅有相當短的資料曾被嵌入資訊檔案 內，典型上是對簡單的版權或所有權資訊編碼。我們的技 術允許媒體檔案包含完全新類別的內容，如整個電腦程 式、多媒體註解、或冗長的補充性通訊。就如在共同審議 中之申請案者，嵌入於媒體檔案內之電腦程式允許所有種 類之擴充整合交易媒體，包括購貨、互動內容、互動式與 傳統廣告、市調、如CD或演唱會購票之請求，及完全反 應的內容，如遊戲與互動音樂錄影，其以個人電腦被使 用，對使用者之滑鼠反應且對音樂節奏同步。此促成銷售 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I I - I----I — 訂1 —--— I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7
546939 五、發明說明（8 ) 點與在軟體與硬體平台上之音樂被整合，如電視、新力牌 隨身聽、任天堂Game Boy之攜帶式裝置及RiO、Nomad之 類的攜帶MP3播放器。此創造新的商業模型。例如，取代 錄音公司嘗試要阻止複製其歌曲的是，其可能反而鼓勵其 音樂的免費且開放的分佈，使得嵌入的廣告與e商務訊息 散佈到最大可能的聽眾與潛在的顧客。 現在輪到本發明，其被導向於吾較早的專利申請案之 上述技術至使用蜂巢式電話系統及其他類似物的特定問 題，具有與預先錄製之媒體非常不同的問題，雖然用預先 錄製的語音取代目前在電話上傳輸所產生的即時語音或 其他信號也是有用的。 因之本發明的原始目標為要提供新且改良的處理、系 統與裝置用於嵌入補充資料（例如，廣告影像、市場區位 廣告、如e商務應用、遊戲、表格之互動式電腦程式、補 充文字或音頻內容、音樂或其他娛樂內容等）於數位蜂巢 式電話系統或其他電話信號而不致影響數位電話信號之 數位反向相容性。 進一步的目標為要提供此一嶄新的處理，其中該嵌入 涉及添加於音頻語音信號由未壓縮顯示被變換為高度壓 縮數位顯示之點的單一處理以添加補充資料至該語音信 號以在其被傳輸前作為編碼與壓縮處理的一部分。 還有的另一目標為要提供一嶄新的嵌入技術於特別 是無線蜂巢式電話系統系統，於行動交換中心（MSC)或其他 中央點用於在使用者手機擷取，或在手機擷取該中央點。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 1 J 裝--------訂---------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 A7 B7 五、發明說明（9) 一額外的目標也要提供補充資料至已被壓縮之數位信 號內。 另一目標為要提供能力以嵌入補充資料至電話信號， 是在使用者之手機用於在中央站接收、在中央站用於以使 用者手機接收，或者較不效率地在任何中間點，此創立嶄 新的雙向網路連接，而該手機在一僅有語音之網路被使 用。 其他與進一步目標將在此後被解釋，且更特別地在所 附之如申請專利範圍中被指出。 總結而言，由其較廣泛的層面之一，本發明包容一種 不影響數位電話信號之反向相容性地於數位電話信號嵌入 補充數位信號之方法，包含：將數位語音電話信號變換為 該信號之編碼後的頻率-領域組或其他變換係數顯示，及 變換將含有該補充資料之位元的預定係數部份並在所變換 之部分嵌入這些位元而壓縮該信號以傳輸壓縮後之數位語 音信號，其包含有該補充資料被嵌入於其間，因而促成使 用者能抽取該補充資料又同時接收被傳輸之語音信號。 由另一觀點，本發明包容在一數位電話信號內嵌入補 充資料之方法，其將用透過一中央站在系統內相互連接之 使用者語音電話手機在該系統被傳輸及接收而不致影響該 等數位電話信號之反向相容性，包含：在該中央站或在使 用者手機藉由施用編碼變換至語音信號以創立浮點係數結 果而變換該語音信號為其中間顯示，但仍未實施最終變換 該係數顯示為壓縮離散數位信號所必需的量化與截斷步驟； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) I I I · - I I I---·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 546939 1、發明說明（n) 一處理步驟； 第6與7圖類似於第5圖但被導向於分別在中央數位 化點與使用者之蜂巢式電話系統嵌入資料； 第8圖為應用於在已壓縮之信號嵌入資料的類似圖； 第9圖被導向於由壓縮信號抽取被嵌入之資料； 第1 0，11與1 2圖分別顯示使用時間一領域波形編碼、 頻率-領域波形編碼與音碼器編碼之資料嵌入；以及 第13圖顯示在數位信號上顯示之釋例性廣告補充畫 面。 就如前面討論者，本發明係有關如蜂巢式電話系統網 路之類在數位電話信號中嵌入資料且不致影響該數位電話 信號之反向相容性。 本技術可嵌入補充資料至數位電話信號，如在使用者 端用於在一中央站接收、在中央站用於在使用者手機接 收、或在任何中間點接收（但效率較低）。此在手機在僅有 語音之網路上被使用時允許雙向網路連接之創立。 下列資料型式為可在此數位電話信號被嵌入者之例 子： 一、由中央站伺服器 •各別目標之廣告影像，其在使用者正在使用電話時被 更新。 •如第1 3圖注入市場區位廣告或請求。 •互動式電腦程式，如e商務應用、市場調查、遊戲或 表格。 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ；----裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 A7 B7 五、發明說明（12) •補充性文字或音頻內容（如第13圖之氣象、新聞、呼 叫器訊息、翻譯、服務更新）。 •音樂或其他娛樂內容；呼叫-等候音樂與訊息等。 •用於雙向發送網際網路內容之無線應用通訊協定 (WAP)。 二、由使用者手機 • GPS添加之資料。 •打字或鍵入之回應（資料回送頻道）。 •靜止影像、視訊或音頻頻道。 如第5圖顯示者，該資料編碼處理包含單一處理被加 於一點，此處該音頻語音信號由未壓縮之顯示被變換為高 度壓縮後之數位顯示。此處理添加資料至該語音信號，在 其被傳輸前作為編碼與壓縮的一部分。 在典型的無線系統有二個這種點： •一點為此處該蜂巢式電話系統由典型之公共交換電話網 路（PSTN)的外面來源接收信號。此點在大多數蜂巢式電 話系統為典型的行動交換中心（MSC)。 •第二點為此處該蜂巢式電話將使用者語音變換以便傳輸 至蜂巢式電話系統。 在任一點中，任意的資料可被置於音頻流內。 在第5圖，於左邊的行中由使用者至蜂巢系統之嵌入 補充性使用者資料被顯示；蜂巢式接收者之傳輸與接收及 抽取補充資料而又重建與呈現該原始使用者語音信號及再 傳輸例如至PSTN。在右邊的行中，由下向上顯示自蜂巢系 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------^9. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（13) 統至使用者的作業。 如第5圖下面顯示與提及者，資料可在任何點被使用 相同技術被加到先前被壓縮之信號的任一點，不過其位元 率典型上較低。 就如稍早討論者，該補充資料可在中央數位化點被嵌 入。第6圖顯示在中央數位化點嵌入資料以便在使用者手 機抽取之過程。所需的方法步驟以足夠普遍的方式被描述 以應用於所有型式之習知編碼器用以在蜂巢式電話系統中 壓縮語音資料。 該嵌入過程以二成份開始：將在音頻信號內被嵌入之 音頻語音信號與補充資料檔案。 如第6圖顯示之第一步驟為變換該語音信號為中間顯 示，其視所使用的實際編碼器而定。此典型地包含在T對 該語音信號應用編碼變換形成一組浮點係數之結果，但尚 未實施變換此係數顯示為壓縮離散數位信號所必要的最終 量化與截斷步驟。如正弦、Wavelet或相關的離散變換在第 4圖之信號波形與以係數為基礎的表格式說明中被顯示。 第二步驟為選擇變換的語音信號之那些部分每一個包 含補充資料檔案之一位元。典型而言，此藉由在S較佳地 以資料中規律的間隔選擇一組係數而被完成。 在此點，先前於第4圖提及之係數-領域同位編碼技 術可被用以修改該等係數，使得該數位信號之量化及截斷 後之版本在第6圖之Q包含該嵌入後之資料。現在該數位 資料信號可在Tx被傳輸作為一般的數位電話信號。 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 A7 B7 五、發明說明（14) 該因而被壓縮之語音信號以圖形在第1圖被顯示成以 任何相當習知型式的編碼過程（如此標示地）中之組合，如稍 後更完整討論地補充資料內容（「資料」）以便於其內嵌入。 其便有具補充性嵌入資料之壓縮語音信號結果而不致影響 與其現存檔案格式的反向相容性，且不致實質影響手機電 話使用者之接收或再生經驗。此外若要時，第1圖之變換 步驟可被做成編碼過程的部分，且甚至可包括備選的壓縮 步驟；或這些可被應用成為額外的分離步驟。在此變換、 壓縮與編碼處理被組合的事件中，則其確實可能使用知覺 編碼技術以選擇資料要被嵌入那些係數中。 然而持續廣泛的全貌，編碼與再生在第2圖中顯示， 其中如此標示的解碼處理稍後更完整被討論者視第1圖使 用之編碼過程型式以嵌入補充資料。典型而言，此涉及如 相當習知的編碼過程之簡單逆轉。該語音信號如顯示地在 解碼處理被留為未被改變的。此外若想要時，補充資料可 被相當習知的總和檢查與數位簽名被驗證（「驗證過程」） 以確保該資料係以位元與在第1圖中被原始地編碼與嵌入 之資料為相同的。 在語音信號接收環境中，該接收手機或站與執行環境 可如第2圖示意顯示地用語音手機或站接收器與資料操縱 環境盒間之SYNC線路彼此通訊，使得補充資料之執行可 與接收內容同步。 使用資訊隱藏技術之可能的資料編碼稍早以參考資料 被提及，且本發明對此技術之應用在第3圖中說明。將被嵌 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I. ^----裝--------訂---------^9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546939 五、發明說明（15) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 入之補充資料在其顯示被變換為位元流碼，資料之位元組 被抽取成為逐一位元之顯示，使其可在語音信號內以小的 改變被插入。在語音信號內容中嵌入資料位元的適當位置 之選擇係根據可對使用者語音信號接收經驗有最小影響之 實際媒體內容作成的小變化的辨認。然而這些變化必須為 可用自動解碼處理容易地被偵測，且該資訊被恢復。 在第3圖中之「插入可執行碼」的步驟中，任一數目 之資訊隱藏編碼過程（包括稍早提及之參考文獻）可被使 用。依照本發明之語音信號內容被呈現為一組函數係數 中，資料位元如此後也要更完整討論地利用修改某些被選 擇之係數的最小有效位元的技術較佳地被嵌入。 具有嵌入可執行碼的語音信號結果在某些情形再次為 反向相容的，使用者接收經驗因編碼過程而稍微消失但為 完全可接受的。依照本發明，每秒超過3, 0 0 0位元已妥善 地被嵌入以128，QG0位元/秒之位元率被編碼的音頻檔案 內。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現在為要較佳地以規律間隔擴充對語音信號變換適當 係數組之選擇以便依照本發明實施資料位元嵌入。如稍早 指出者，本發明僅須在所選擇之係數中改變單一位元，而 與習知技藝在係數之關係的大規模順序改變（例如前面提 及的Zhao與Koch參考文獻）有所區別。此組可在語音信 號中僅選擇連續序列的係數而被選擇。較佳的技術為選擇 一組係數，其如稍早於第4圖討論之係數-領域編碼顯示 有關的語音信號之廣泛範圍的頻率被編碼。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 A7 __ B7 五、發明說明（16) 就資料位元流內的每一位元而言，被選擇之係數與將 被編碼之下一個資料位元被組合，重新調整係數之換算以 將該位元編碼（第6圖中之「重新換算」）。若可能話，此 較佳地將量化與重新換算步驟相配而被作成，使得係數之 選擇可根據原始係數對所欲值的靠近而被修改。在此量化 與重新換算後，要做此決策不需有如此多的資料。 此外，該重新換算可取代在已編碼之音頻檔案中被完 成而有維持檔案大小固定之新增限制。在此情形中，在僅 用重新換算單一係數編碼位元而維持框率為不可能時，複 式係數可被改變，使得他們的壓縮後顯示維持相同長度且 其音頻檔案被打擾因之為最小的。此編碼可透過LSB編碼 過程或較佳地透過第4圖之LSB同位元編碼被完成。此同 位編碼在有關將被修改之係數而言允許更多的選擇。 參照第4圖中說明性的以係數為基之顯示表，係數之 同位可藉由將之加在一起而被計算： 12+15+5+3+10+6+12+1=64 由於64是偶數，這些共同係數目前被編碼之位元值為〇。 然而若要在此組係數編碼1，其僅須使該同位為奇數。此 可藉由選擇任何幅度或相位值及加或減1而被完成。此值 之選擇可任意地被完成，或可根據前面討論之MPEG編碼 過程目前被使用的心理聽覺模型之型式而被完成。 此顯示用頻率一領域低位元編碼之資料編碼中一系 列係數的低位元的同位之使用。例如，假設要將一系列如 八個係數之單位元的資料資訊編碼，依照本發明取代表將 -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一—1------------^---------^9. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7
546939 五、發明說明（17 ) 第一個係數之低位元的簡單修改的是，編碼係以一起修改 該等八個係數的同位而生效。此法則審驗一組連續的係 數、抽取低位元及計算其有多少個被設定。因而在本發明 之技術下’不論該組位兀之個數為偶數或奇數（同位），單 一的位元資料可被編碼。此提供在決定那一個係數（若有 的話）要修改中提供法則選擇之益處。 或者，此技術可在使用較高階同位時被應用於更廣泛 範圍之值。例如，相同數量的資料可對3 2個係數如對2 8 個係數區域地被編碼，所藉由的是將這些32個係數之低 位元相加，然後計算其之4的模數（除以4之餘數）。此在 選擇那些係數要修改時提供更有彈性，雖然其未允許一樣 多的資料被插入流內。 在本發明之編碼與解碼處理中有用的上面解釋的技 術的更完整細節的特定參考文獻如下： [ISO 8859-1]ISO/IEC DIS 8859-1. 8-bit single-byte coded graphic character sets,
Part 1-.Latin alphabet No. 1. Technical committee/ subcommittee: JTC 1/SC 2; [MIME] Freed, N· and N· Borenstein， “Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies”， RFC 2045， November 1 9 9 6. <ur1:: ftp://fttp. isi.cdu/in-notcs/rfc2045. txt>;and [UNICODE] ISO/IEC 10646-1:1993. -20 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ , Μ--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 546939 B7___ 五、發明說明（18 )
Universal Mu 11 i p1e-Octet Coded Character Set (USC), Part 1: Architecture and Basic
Multilingual Plain Technical committee/ subcommittee: JTC 1/SC 2 <url:http://www.Unicode. org>. 雖然壓縮語音信號之變換頻率顯示的量或幅度係數 之最小有效位元的較佳使用已被討論，如相位頻率一領域 低位元之其他技術亦可被使用，其中語音信號之變換頻率 顯示的相位係數（第4圖）之最小有效位元被用以將程式編 碼。其實作除了編碼資料之相位係數的使用與量係數相反 外為相同的，且因人類耳朵對聲音相位比起對其響度較不 敏感，在重複與再生中會遭遇之可聽到的失真較少。 本發明已就在中央數位化點或伺服器站嵌入補充資 料在第6圖中說明性地被描述。然而其稍早已被提及，補 充資料之嵌入亦在使用者之蜂巢式電話手機生效。此作業 在第7圖被顯示，其中相同的元件編號已如第6圖被應 用。第7圖顯示在使用者手機用於在中央點抽取之嵌入資 料的處理。此除了編碼過程在手機上被實施且由手機傳輸 資料至中央站外，與在有關第6圖詳細描述之於中央數位 化點嵌入資料的處理相同。 就如在其他點嵌入資料者，第8圖顯示資料如何被嵌 入已被壓縮的數位信號內。由於該編碼過程不再趁取有關 原始語音信號之資訊的好處，然而其不能以前述相同的透 明度與效率嵌入資料至信號內。不過在此較低位元率添加 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ^ ----^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7
546939 五、發明說明（I9) 資料至該信號常可能是有用的。此包含檢查該數位語音信 號及藉由修改代表該語音信號之離散係數在規律的間隔 插入資料β 再次轉到本發明中有用的資料抽取技術，該嵌入資料 可由該數位語音信號在處理之任何點被抽取，而不致以任 何方式影響該數位信號。雖然第2圖先前討論廣泛的系 統，第9圖係對在本發明之傳輸壓縮語音信號抽取被嵌入 之補充資料為更詳細且特定的。在資料欲於被使用者電話 接收的情形中，其可被抽取成為適當的格式，並被電話如 第9圖顯示地被顯示、執行、儲存或處置資料。在資料欲 於在系統之另一點被接收之情形中，其被抽取成為適當的 格式，並視系統之語音事項行動。 為了促成在壓縮語音信號中之補充資料嵌入的時間一 領域波形編碼的進一步細節被呈現於第1 Q圖，頻率-領域 波形編碼的另外使用步驟更詳細地被呈現於第11圖，音碼 器編碼則被呈現於第1 2圖。 現在轉到用於嵌入補充資料之編碼過程，其如前述地 有三類編碼器被用以將資料由未壓縮顯示變換為數位電話 用之高度壓縮之數位顯示：時間-領域波形編碼器、頻率 -領域波形編碼器與音碼器。 在第1 0圖之步驟中，顯示之語音信號受到語音樣本之 數位化（如所標示者）、相鄰樣本差之計算與這些樣本差之 部分集合的選擇。此與由變換補充資料位元流來之下一個 被選擇之發生編碼被組合，用於使用適應性的量化用於將 -22 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) ---------訂----- ^•1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 546939 五、發明說明（2ϋ) 此位元編碼。在此例中，其有含嵌入資料之ADPCM壓縮語 音之結果。 此時間-領域波形編碼器嘗試再生講話信號之波形， 其來源為相依的，且因而可編碼各種信號。這種型式之編 碼器包括脈衝碼調變（PCM)，差分脈衝碼調變（DPCM)，適應 性差分 （ADPCM)，6調變（DM)，連續變化斜率6調變（CVSDM) 與適應性編碼（APC)。所有時間-領域編碼器含有該波形之 量化顯示。 第10圖之ADPCM編碼器廣泛地被用於如PACS(個人存 取通訊系統）第三代PCS系統、Personal Handyphone系統， 與CT2及DECT無線電話系統，其位元率為32Kbps。此型式 之代表性系統被顯示於第1 0圖。在此位元率下，其以8KHz 抽樣音頻流，並用4位元來呈現每一連續音頻樣本間的適 應性步階大小差異。藉由以每6個樣本1位元的比率編碼 這些音頻樣本之最小位元中的資料，吾人可以1 300位元/ 秒之比率嵌入資料，其為1QK位元組/分。 頻率-領域編碼器將信號分為一組頻率成份，其分別 被量化及編碼。 第11圖之頻率一領域編碼就具有嵌入資料作業之次頻 帶編碼壓縮語音被顯示，其中數位化後之語音樣本被濾波 成次頻帶，且該次頻帶資料之部分集合（其位元率視特定的 次頻帶而定）被選擇用於適當地將變換後之補充資料位元 流中將被編碼之下一個位元編碼。 例如CD-9 0 0蜂巢式電話系統使用習知為次頻帶編碼之 -23 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ ----裝--------訂—------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 546939 A7 五、發明說明（21 ) 一種頻率一領域波形編碼器型式。讓我們考慮第n圖顯示 之代表性的次頻帶編碼系統，其具有8.3Kbps之位元率。 其將音頻分為四個次頻帶，第一個以45 0樣本/秒使用4位 元來編碼其225-450Hz之頻率範圍、450_90 0Hz為以900 樣本/秒三個位元、10GO-15 0GHz為以10G0樣本/秒二個位 元、及1 800-270 0HZ為以1 800樣本/秒一個位元。由於該 信號之每一頻率範圍分別地被編碼，吾人可在每一範圍內 以不同的位元率嵌入資料。藉由在最低範圍以每4個樣本 位元嵌入資料，然後分別以每8個樣本1位元、每1 2個樣 本1位元及在最高範圍以每16個樣本1位元，吾人可以42 0 位元/秒或1K位元組/分之速度嵌入資料。 使用音碼器用於補充資料嵌入之VSELP說明性例子的 類似程序被呈現於第1 2圖，其中該數位化之語音樣本在根 據知覺重要性選擇係數之部分集合前用RTE-LTP函數被分 析，此後在RTE-LTP係數之量化中變換資料位元流的下一 個位元之嵌入會生效。 音碼器係根據有關將被編碼之信號的廣泛知識，典型 上為語音，且為因信號而定的。例如，在GSM中，其向量 和激化線性預測（VSELP)編碼器輸出每秒50個語音框。這 些語音框包含一組係數參數用於RPE-LTP(規律脈衝激化之 長期預測）函數。然後這些係數被量化並被編碼為260位 元。依據歐洲電信期中標準I-ETS 30 0 0 36之附件二：「歐 洲數位蜂巢電信系（第一篇）：全比率語音變化編碼」，主 觀的測試曾被實施以決定2 6 0位元中那些在知覺上最重 -24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — I — — — — — — — I— ^ . I-----I . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 546939 六、申請專利範園 1. 一種在一數位電話信號內嵌入補充資料之方法，其將用 透過一中央站在系統內相互連接之使用者語音電話手 機在該系統被傳输及接收而不致影響該等數位電話信 號之反向相容性，包含：在該中央站或在使用者手機藉 5 由施用編碼變換至語音信號以創立浮點係數結果而變 換該語音信號為其中間顯示，但仍未寅施最終變換該係 數顯示為壓縮離散數位信號所必需的量化與截斷步 驟；選擇每一要包含一位元補充資料之變換後語音信號 的預設部分；利用修改係數之係數領域同位元編碼技術 10 賁施量化與截斷，使得該數位信號之量化與截斷壓縮版 本結果包含該被嵌入之補充資料；以及以一般數位電話 信號的方式分別由中央站至使用者手機或由使用者手 機至中央站傳輸此壓縮後之補充信號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中被嵌入之補充 15 資料係由接收該被傳输之信號的系統之所欲的點之被 傳輸信號被抽取，而不致影響該語音數位信號接收。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該接收之所欲 的點為使用者手機，且該補充資料在該手機以預設的格 式被抽取、顯示、執行、儲存或在該手機被處置而不致 2〇 影響該語音信號通訊變壞。 4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該補充資料在 一中央站伺服器被嵌入，且由一個以上的各別目標之廣 告影像（此在使用者正在使用電話時為可更新的）、市場 區位廣告、如電子商務應用、市場調查、遊戲或表格之 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) •、可I :線_ 546939 9I 餘 補无 A8 B8 C8 D8 穴、申請專利範園 互動電腦程式、如氣象報告、新聞、呼叫器訊息、翻譯 與服務更新之補充資料性文字或音頻內容、音樂與其他 娛樂內容、呼叫-等候音樂與訊息、以及網際網路內容 之雙向發送用之無線應用通訊協定中被選擇。 5 5·如申請專利範園第2項所述之方法，其中該補充資料在 使用者之手機被嵌入，且由一個以上的在資料回送頻道 被打字或被鍵入之回應、GPS定位資料、靜止影像、視 訊或音頻頻道、以及無線應用通訊協定中被選擇。 6_如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該系統為一無 10 線蜂巢式電話系統，且編碼該補充資料嵌入之點為由如 蜂巢式電話系統行動交換中心之交換電話網路接收語音 信號的中央站。 7.如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該系統為一無 線蜂巢式電話系統，且編碼該補充資料嵌入之點為該蜂 15 巢式電話變換該使用者語音以便傳輸至蜂巢式電話系統 之處。 ’ 8.如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該編碼變換用 頻率-領域波形變換、時間-領域波形編碼與自動語音 合成之一生效。 20 9.如申請專利範園第2項所述之方法，其中該等係數用由 一組含有傅立葉（Fourier)、餘弦、正弦與小波（Wave let) 變換中被選擇之離散變換加以準備。 10.如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該嵌入使用所 選擇之係數的最小有效位元。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)546939A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 11·如申請專利範圍第10項所述之方法.，其中該等所選擇之 係數以規律的間隔被選擇。 12·如申請專利範圍第1〇項所述之方法，其中該等係數被選 擇作為頻率與相位係數其中之一或二者均是。 13·如申請專利範圍第10項所述之方法，其中資料之單一位 兀藉由計算一組該等係數之最小有效位元的同位被嵌 入。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中一知覺編碼技 術被用以選擇該組係數的那一個將用資料嵌入被修改。 15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該組係數之最 小有效位元的同位嵌入資料之一位元而使得對該使用者 查覺該語音信號接收之影響為最小。 16. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中資訊隱藏編碼 被運用，其中該資料被變換為一位元流，且該等部位被 選擇，此處補充資料位元之插入與嵌入在語音信號接收 之際對使用者之查覺產生最小的影響。 17. 如申請專利範園第16項所述之方法，其中該插入與嵌入 在所選擇之係數的最小有效位元生效。 18. 如申請專利範國第2項所述之方法，其中資訊隱藏編碼 被運用，其中該資料被變換為一位元流；多組係數被選 擇以在該語音信號步驟中包容一頻率範圍，且就該位元 流之每一位元而言，所選擇之係數與將被編碼之下一個 位元被編碼以將該等係數重新換算並如被嵌入地將此位元編 碼。 15 20 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) •訂丨 :線丨546939 A8 B8 C8 D8 % _ 明 、申請專利範圍 19. 一種 在一數位電話信號內嵌入補充資料之方法 1 其 將 用 透過 一中央站在系統內相互連接之使用者語 音 電 話 手 機在 該系統被傳输及接收而不致實質地影響 該 等 數 位 電話 信號之反向相容性，包含：在該中央站或 在 使 用 者 5 手機 藉由施用編碼變換至語音信號以創立浮 點 係 數 結 果而 變換該語音信號為其中間顯示；為了最終地 變 換此 係數 顯示成為壓縮之離散數位數位信號而賁 施 必 要 的 量化 與截斷步驟；選擇變換後且壓縮後之語音 信 號 的 預 設部 分，其將包含該補充資料之一位元；修改 該 等 係 數 10 使得 該等數位信號之壓縮後版本亦包含被嵌 入 之 補 充 資料 :以及以一般數位電話信號的方式分別由 中 央 站 至 使用 者手機或由使用者手機至中央站傳輸此 壓 縮 後 之 補充 信號。 20.如申 請專利範圍第19項所述之方法，其中被 嵌 入 之 補 15 充資 料在接收該傳输信號之系統的一所欲之 點 由 該 傳 输信 號被抽取而不致影響該語音數位信號傳輸 0 21.-種 不影響數位電話信號之反向相容性地於數 位 電 話 信 號嵌 入補充數位信號之方法，包含：將數位語 音 電 話 信 號變 換為該信號之編碼後的頻率-領域組或其 他 變 換係 20 數顯 示，及變換將含有該補充資料之位元的預 定係數部 份並 在所變換之部分嵌入這些位元而壓縮該信 號 以 傳輸 距縮 後之數位語音信號，其包含有該補充資料被嵌 入 於 其間 ，因而促成使用者能抽取該補充資料又同 時 接 收被 傳輸 之語音信號。 -29- (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 546939 92. 6, Α8 Β8 C8 D8 年月 __補无 六、申請專利範園 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 22.—種在一數位電話信號內嵌入補充資料之系統，其將用 透過一中央站在系統內相互連接之使用者語音電話手機 在該系統被傳輸及接收而不致影響該等數位電話信號之 反向相容性，該系統組合式地包含：編碼設施用於在該 5 中央站或在使用者手機藉由施用編碼變換至語音信號以 創立浮點係數結果而變換該語音信號為其中間顯示，但 仍未賁施最終變換該係數顯示為壓縮離散數位信號所必 需的量化與截斷；設施用於選擇每一要包含一位元補充 資料之變換後語音信號的預設部分；進一步之編碼設施 10 用於利用修改係數之係數領域同位元編碼技術賁施量化 與截斷，使得該數位信號之量化與截斷壓縮版本結果包 含該被嵌入之補充資料；以及設施用於以一般數位電話 信號的方式分別由中央站至使用者手機或由使用者手機 至中央站傳輸此壓縮後之補充信號。 15 23.如申請專利範園第22項所述之系統，其中設施被提供 用於在接收該被傳輸之信號的系統所欲的點抽取被嵌 入之補充資料，而不致影響該語音數位信號接收。 24. 如申請專利範圍第23項所述之系統，其中該接收之所 欲的點為使用者手機，且該補充資料在該手機以預設的 20 格式被抽取、顯示、執行、儲存或在該手機被處置而不 致影響該語音信號通訊變壞。 25. —種在一數位語音電話信號內嵌入補充數位資料之系 統，在組合上具有編碼設施用於變換該語音信號資訊成 為該語音信號之數組頻率-領域或其他變換係數；設施 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210 X 297公釐) 546939 6· 1() ψ 年月曰： 充 Α8 Β8 C8 D8 15 20 申請專利範園 用於選擇預設的係數部分，其每一個包含該補充性數位 資料之一位元；以及進一步的編碼與壓縮設施用於在每 一此些被選擇之係數部分嵌入該補充性數位資料之一 位元以產生一補充性之被壓縮語音信號，包含此被嵌入 之資料以便使用者在該語音信號與該被嵌入之補充資 料二者的系統所欲之點解碼及分別的抽取。 26. 如申請專利範圍第25項所述之系統，其中該語音信號 被語音信號在該使用者之手機即時地被產生。 27. 如申請專利範圍第25項所述之系統，其中該語音信號 被事先錄製。 28. 如申請專利範圍第25項所述之系統，該首先提到之編 碼設施用傅立葉（Fourier)、餘弦、正弦與小波（Wave let) 變換之一準備該係數。 29. 如申請專利範園第25項所述之系統，其中該進一步之 編碼設施在作業中使用所選擇之使用者的最小有效位 兀〇 30. 如申請專利範園第29項所述之系統，其中該等所選擇之 係數以規律的間隔被選擇。 31. 如申請專利範園第29項所述之系統，其中該等係數被選 擇作為頻率與相位係數其中之一或二者均是。 32. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中資料之單一位 元藉由計算一組該等係數之最小有效位元的同位被嵌 入。 33. 如申請專利範圍第32項所述之系統，其中一知覺編碼技 -31- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)546939 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 術被用以選擇該組係數的那一個將用資料嵌入被修改。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 34. 如申請專利範圍第33項所述之系統，其中該進一步編碼 設施回應於該組係數之最小有效位元的同位嵌入資料之 一位元而使得對該使用者查覺該語音信號接收之影響為 5 最小。 35. 如申請專利範圍第25項所述之系統，其中該抽取保存該 電話之反向相容性。 36. 如申請專利範圍第23項所述之系統，其中該補充資料 在一中央站伺服器被嵌入，且由一個以上的各別目標之 1〇 廣告影像（此在使用者正在使用電話時為可更新的）、市 場區位廣告、如電子商務應用、市場調查、遊戲或表格 之互動電腦程式、如氣象報告、新聞、呼叫器訊息、翻 譯與服務更新之補充資料性文字或音頻內容、音樂與其 他娛樂內容、呼叫-等候音樂與訊息、以及網際網路內 15 容之雙向發送用之無線應用通訊協定中被選擇。 37. 如申請專利範圍第23項所述之系統，其中該補充資料在 使用者之手機被嵌入，且由一個以上的在資料回送頻道 被打字或被鍵入之回應、GPS定位資料、靜止影像、視 訊或音頻頻道、以及無線應用通訊協定中被選擇。 2〇 38_如申請專利範園第22項所述之系統，其中該系統提供 一雙向電話網路連接，而該手機在僅有語音之網路被使 用。 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（OIS) A4規格（210X297公釐）
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