BR112012021022B1 - Gerador de marca d'água decodificador de marca d'água, método para prover um sinal de marca d'água em dependência de dados de mensagem binários, método para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água e programa de computador que utiliza uma codificação diferencial - Google Patents

Abstract

gerador de marca d' água, decodificador de marca d' água, método para prover um sinal de marca d' água em dependência de dados de mensagem binários, método para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d' água e programa de computador que utiliza uma codificação diferencial um gerador de marca d' água (2400) para prover um sinal de marca d' água (2420) em dependência de dados de mensagem binários (2410), compreende um processador de informações (2430) configurado para prover, em dependên-cia de unidades de informações dos dados de mensagem binários, a primeira representação de domínio de frequência e tempo (2432), cujos valores representam os dados de mensagem binários.

Description

DESCRIÇÃO CAMPO TÉCNICO

As realizações, de acordo com a invenção, referem-se a um gerador de marca d'água para prover um sinal de 10 marca d'água em dependência de dados de mensagem binários. As realizações adicionais, de acordo com a invenção, referem-se a um decodificador de marca d'água para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água. As realizações adicionais, de acordo com a invenção, referem-se a um 15 método para prover um sinal de marca d'água em dependência de dados de mensagem binários. As realizações adicionais, de acordo com a invenção, referem-se a um método para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água. As realizações adicionais se referem a programas de computador 20 correspondentes.

Algumas realizações, de acordo com a invenção, referem-se a um sistema de criação de marca d'água de áudio resistente, de baixa complexidade.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Em muitas aplicações técnicas, é desejado incluir uma informação extra em uma informação ou sinal que representa dados úteis ou "dados principais", como, por exemplo, um sinal de áudio, um sinal de video, gráficos, uma quantidade de medição e . assim por diante. Em muitos casos, é desejado incluir a informação extra, de modo que a informação extra seja vinculada A aos dados principais (por exemplo, dados de áudio, dados de video, V dados de imagem fixa, dados de medição, dados de texto e assim por 5 diante), de modo que não seja perceptível por um usuário dos ditos dados. Também, em alguns casos, é desejável incluir os dados extra, de modo que os dados extra não sejam facilmente removiveis dos dados principais (por exemplo, dados de áudio, dados de video, dados de imagem fixa, dados de medição e assim por diante).

Isso é particularmente real em aplicações nas quais é desejável implementar um gerenciamento de direitos digitais. Entretanto, às vezes, é simplesmente desejado adicionar informações paralelas substancialmente imperceptíveis aos dados úteis. Por exemplo, em alguns casos, é desejável adicionar 15 informações paralelas a dados de áudio, de modo que as informações paralelas provejam uma informação sobre a fonte dos dados de áudio, o conteúdo dos dados de áudio, direitos relacionados aos dados de áudio e assim por diante.

Para embutir dados extra aos dados úteis ou ' 20 "dados principais", um conceito denominado "criação de marca d'água" pode ser utilizado. Os conceitos de criação de marca d'água foram discutidos na literatura para muitos tipos diferentes de dados úteis, como dados de áudio, dados de imagem fixa, dados de video, dados de texto e assim por diante.

A seguir, algumas referências serão dadas, nas quais os conceitos de criação de marca d'água são discutidos. Entretanto, a atenção do leitor também é destinada ao amplo campo de literatura de livros e publicações relacionadas à criação de marca d'água para detalhes adicionais.

O documento DE 196 40 814 C2 descreve um método de codificação para introduzir um sinal de dados não audivel em um sinal de áudio e um método para decodificar um sinal de dados, que é incluido em um sinal de áudio em uma forma não audivel. 0 método de codificação para introduzir um sinal de dados não audivel em um sinal de áudio compreende converter o sinal de áudio no dominio espectral. 0 método de codificação também compreende determinar o limite de mascaramento do sinal de áudio e a provisão de um sinal de pseudoruido. 0 método de codificação também compreende a provisão do sinal de dados e multiplicação do sinal de pseudoruido com o sinal de dados, a fim de obter um sinal de dados de frequência propagada. O método de codificação compreende ainda a ponderação de propagação de sinal de dados com o limite de mascaramento e sobreposição do sinal de áudio e do sinal de dados ponderado.

Além disso, o documento WO 93/07689 descreve um método e equipamento para identificar automaticamente uma transmissão de programa por uma estação de rádio ou por um canal de televisão ou gravado em uma midia ao adicionar uma mensagem codificada inaudível ao sinal de som do programa, a mensagem identificando o canal ou estação de transmissão, o programa e/ou a data exata. Em uma realização discutida no dito documento, o sinal de som é transmitido por meio de um conversor analógico para digital a um processador de dados que permite que os componentes de frequência sejam separados e que permite que a energia em alguns componentes de frequência seja .alterada em uma maneira predeterminada para formar uma mensagem de identificação codificada. A saida do processador de dados é conectada por um conversor digital para analógico para uma saida de áudio para transmissão ou gravação de sinal de som. Em outra realização discutida no dito documento, uma faixa de passagem analógica é 5 empregada para separar uma faixa de frequências do sinal de som, de modo que a energia na faixa separada possa ser, assim, alterada para codificar o sinal de som.

O documento US 5.450.490 descreve equipamento e métodos para incluir um código que tem pelo menos um componente de frequência de código em um sinal de áudio. As capacidades de diversos componentes de frequência no sinal de áudio mascararem o componente de frequência de código à audição humana são avaliadas e, com base nessas avaliações, é atribuida uma amplitude ao componente de frequência de código. Os métodos e equipamento para detectar um código em um sinal de áudio codificado também são descritos. Um componente de frequência de código no sinal de áudio codificado é detectado com base em uma amplitude de código esperada ou uma amplitude de ruido dentro de uma variação de frequências de áudio, incluindo a frequência do componente de 20 código.

O documento WO 94/11989 descreve um método e equipamento para codificar/decodificar segmentos de transmissão ou gravados e monitorar a exposição de audiência a ele. São descritos métodos e equipamento para codificar e decodificar informações em 25 sinais de segmento de transmissão ou gravados. Em uma realização descrita no documento, um sistema de monitoramento de audiência codifica as informações de identificação na parte do sinal de áudio de um segmento de transmissão ou gravado utilizando codificação de espectro de propagação. O dispositivo de monitoramento recebe uma versão acusticamente reproduzida do sinal de transmissão ou gravado por meio de um microfone, decodifica as informações de identificação da parte do sinal de áudio, apesar do ruido ambiente significativo, e armazena essas informações, provendo automaticamente um diário para o membro de audiência, que é, depois, atualizado a uma instalação centralizada. Um dispositivo de monitoramento separado decodifica as informações adicionais do sinal de transmissão, que é equiparado com as informações de diário de audiência na instalação central. Esse monitor pode enviar simultaneamente dados à unidade centralizada utilizando uma linha telefônica dial-up,e recebe dados da unidade centralizada através de um sinal codificado, utilizando uma técnica de espectro de propagação e modulado com um sinal de transmissão de terceiros.

O documento WO 95/27349 descreve equipamento e métodos para incluir códigos em sinais de áudio e decodificação. Um equipamento e métodos para incluir um código tendo pelo menos um componente de frequência de código em um sinal de áudio são descritos. As capacidades de diversos componentes de frequência no sinal de áudio de mascararem o componente de frequência de código à audição humana são avaliadas e, com base nessas avaliações, uma amplitude é atribuida aos componentes de frequência de código. Métodos e equipamento para detectar um código em um sinal de áudio codificado também são descritos. Um componente de frequência de código no sinal de áudio codificado é detectado com base na amplitude de código esperada ou uma amplitude de ruido dentro de uma variação de frequências de áudio, incluindo a frequência do componente de código.

Entretanto, nos sistemas de criação de marca d'água conhecidos, surgem questões de confiabilidade se o sinal com marca d'água for afetado por uma troca Doppler, que pode ocorrer, por exemplo, devido a um movimento de um equipamento que recebe o sinal com marca d'água ou no caso de uma falta de correspondência de osciladores locais no lado do gerador de marca d'água e o lado do decodificador de marca d'água.

Tendo em vista essa situação, é um objetivo da presente invenção criar um conceito de criação de marca d'água e um conceito de detecção de marca d'água, que permite uma confiabilidade aprimorada no caso em que uma troca de frequência Doppler afeta o sinal de marca d'água ou no caso em que há um desvio de frequência entre os osciladores locais do gerador de marca d'água e do decodificador de marca d'água.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esse objetivo é alcançado por um gerador de marca d'água, de acordo com a reivindicação 1, um decodificador de marca d'água, de acordo com reivindicações 7 ou 8, um método para prover um sinal de marca d'água em dependência de dados de mensagem binários, de acordo com a reivindicação 13, um método para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água, de acordo com a reivindicação 14, e um programa de computador, de acordo com a reivindicação 15.

Uma realização, de acordo com a invenção, cria um gerador de marca d'água para prover um sinal de marca d'água em dependência de dados de mensagem binários. O gerador de marca d'água compreende um processador de informações configurado para prover, em dependência de unidades de informações (por exemplo, bits) dos dados de mensagem binários, uma primeira representação de dominio de frequência e tempo, cujos valores representam os dados de mensagem binários. O gerador de marca d'água também compreende um codificador diferencial configurado para derivar uma segunda representação de dominio de frequência e tempo da primeira representação de dominio de frequência e tempo, de modo que a segunda representação de dominio de frequência e tempo compreenda uma pluralidade de valores, em que uma diferença entre dois valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo representa um valor correspondente da primeira representação de dominio de frequência e tempo, a fim de obter uma codificação de diferença dos valores da primeira representação de dominio de frequência e tempo. O gerador de marca d'água também compreende um provedor de sinal de marca d'água configurado para prover o sinal de marca d'água com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo.

A ideia da presente invenção é que um sinal de marca d'água seja particularmente resistente em relação a uma degradação, por exemplo, pelo efeito Doppler, se valores de dominio de frequência e tempo adjacentes (por exemplo, associados a faixas de frequência ou intervalos de bits adjacentes) forem codificados de modo que uma diferença entre as características dessas partes de sinal adjacentes, essas características são representadas pelos valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo permitem inferir exclusivamente ao valor correspondente da primeira representação de dominio de frequência e tempo. Em outras palavras, a codificação diferencial no dominio de frequência e tempo permite a geração de um sinal com marca d'água resistente, por exemplo, ao prover um sinal de áudio de dominio de frequência e tempo, cujo conteúdo de áudio de marca d'água é determinado pela segunda representação de dominio de frequência e tempo.

Assim, resistência aprimorada em relação à falta de correspondência de movimento e frequência dos osciladores locais é alcançada pela modulação diferencial. Na verdade, o efeito Doppler, que é causado, por exemplo, por um movimento de um transdutor de sinal que provê o sinal de áudio com marca d'água a um decodificador de marca d'água, e não correspondências de frequência levam a uma rotação de uma constelação de modulação, por exemplo, uma constelação de modulação por deslocamento de fase binária (BPSK). Os efeitos prejudiciais dessa troca Doppler ou não correspondência de frequência podem ser reduzidos ou inteiramente eliminados pela codificação diferencial. Assim, a codificação diferencial tem o efeito de que o sinal com marca d'água, que é provido com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo, é insensível em relação a uma rotação dos bits em um plano complexo.

Em uma realização preferida, o processador de informações é configurado para prover a primeira representação de dominio de frequência e tempo, de modo que os valores da primeira representação de dominio de frequência e tempo representem os dados de mensagem binários na forma de um padrão binário. Nesse caso, o codificador diferencial é configurado para derivar a segunda representação de dominio de frequência e tempo, de modo que haja uma alteração de fase entre dois valores subsequentes da segunda representação de dominio de frequência e tempo se um valor correspondente da primeira representação de dominio de frequência e tempo obter um primeiro valor, e de modo que não haja alteração de fase entre valores subsequentes da segunda representação de dominio de frequência e tempo se um valor correspondente da primeira representação de dominio de frequência e tempo obtiver um segundo valor, que é diferente de um primeiro valor.

Em uma realização preferida, o provedor de sinal de marca d'água é configurado para prover um sinal de áudio com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo, de modo que um componente de frequência de marca d'água do sinal de marca d' água compreenda uma alteração de fase por etapa ou suave em resposta a um primeiro valor da primeira representação de dominio de frequência e tempo, e de modo que um componente de frequência de marca d'água do sinal de marca d'água compreenda uma fase temporalmente constante em resposta a um segundo valor da primeira representação de dominio de frequência e tempo, que é diferente do primeiro valor.

Em uma realização preferida, o provedor de sinal de marca d'água é configurado para prover uma primeira forma de onda de formação de bits em resposta a um primeiro valor da segunda representação de dominio de frequência e tempo e para prover uma segunda forma de onda de formação de bits em resposta a um segundo valor da segunda representação de dominio de frequência e tempo. O provedor de sinal de marca d'água é configurado para incluir no sinal de marca d'água uma sobreposição ponderada ou não ponderada de versões de tempo trocado da mesma forma de onda de formação de bits em resposta à presença de um primeiro valor na primeira representação de dominio de frequência e tempo e para incluir no sinal com marca d'água uma sobreposição ponderada ou não ponderada de versões de tempo trocado de uma primeira forma de onda de formação de bits e de uma segunda forma de onda de formação de bits em resposta à presença de um segundo valor, que é diferente do primeiro valor, na primeira representação de dominio de frequência e tempo. Essa realização traz consigo a vantagem de que a soma (ou sobreposição) de versões de tempo trocado da mesma forma de onda de formação de bits pode ser diferenciada facilmente de uma soma (ou sobreposição) de uma primeira forma de onda de formação de bits e de uma segunda forma de onda de formação de bits, se as formas de onda de formação de bits forem suficientemente diferentes. Como as formas de onda de formação de bits subsequentes são afetadas por um canal, por meio do qual o sinal com marca d'água é transmitido, na mesma ou pelo menos aproximadamente da mesma maneira, é simples inferir ao valor da primeira representação de dominio de frequência e tempo, por que a recepção de duas formas de onda de formação de bits idênticas (ou aproximadamente idênticas) permite a conclusão de que o valor da primeira representação de dominio de frequência e tempo estava no primeiro estado (por exemplo, +1). Semelhantemente, a recepção de qualquer uma das duas formas de onda de formação de bits significativamente diferentes permite a conclusão de que o valor da primeira representação de dominio de frequência e tempo estava no segundo estado (por exemplo, -1) .

Em uma realização preferida, a segunda forma de onda de formação de bits é uma versão inversa da primeira forma de

onda de formação de bits. Isso permite inferir facilmente ao valor da primeira representação de dominio de frequência e tempo com um esforço de filtração e/ou esforço de correlação minimo.

Uma realização preferida da invenção cria um decodificador com marca d'água para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água. O decodificador de marca d'água compreende um provedor de representação de dominio de frequência e tempo configurado para prover uma primeira representação de dominio de frequência e tempo do sinal com marca d'água. O decodificador de marca d'água também compreende um decodificador diferencial configurado para derivar uma segunda representação de dominio de frequência e tempo da primeira representação de dominio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (e, preferencialmente, adjacentes) da primeira representação de dominio de frequência e tempo. O decodificador de marca d'água também compreende um determinador de sincronização configurado para obter informações de sincronização com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo. O decodificador de marca d'água também compreende um extrator de marca d'água configurado para extrair os dados de mensagem binários da primeira representação de dominio de frequência e tempo do sinal com marca d'água ou da segunda representação de dominio de frequência e tempo do sinal com marca d'água utilizando as informações de sincronização.

Outra realização, de acordo com a invenção, cria um decodificador de marca d'água para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água. O decodificador de marca d'água compreende um provedor de representação de dominio de frequência e tempo configurado para prover uma primeira representação de dominio de frequência e tempo do sinal com marca d'água e um decodificador diferencial. O decodificador diferencial é configurado para derivar uma segunda representação de dominio de frequência e tempo da primeira representação de dominio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes da primeira representação de dominio de frequência e tempo. O decodificador de marca d'água também compreende um extrator de marca d'água configurado para extrair os dados de mensagem binários da segunda representação de dominio de frequência e tempo.

Essas realizações, de acordo com a invenção, têm base na descoberta de que a confiabilidade de uma decodificação de marca d'água pode ser aprimorada ao avaliar diferenças de fase entre valores adjacentes de uma primeira representação de dominio de frequência e tempo, que representa, por exemplo, amplitudes ou energias e fases de um sinal com marca d'água nas diferentes faixas de frequência para uma pluralidade de intervalos de tempo. Descobriu-se que diferenças entre valores adjacentes (por exemplo, temporalmente adjacentes ou adjacentes em frequência) da primeira representação de dominio de frequência e tempo, que, por exemplo, podem ser derivados do sinal de áudio com marca d'água utilizando um banco de filtros ou utilizando uma transformada de Fourier ou transformada de MDCT, são tipicamente resistentes em relação a muitas distorções de canal típicas, como alterações suficientemente lentas do canal, uma troca de frequência Doppler e assim por diante. Da mesma forma, a segunda representação de domínio de frequência e tempo pode ser obtida em uma maneira confiável e a segunda representação de domínio de frequência e tempo é, portanto, insensível em relação às alterações do canal, por meio do qual o sinal com marca d'água é transmitido. Da mesma forma, o decodificador de marca d'água descrito acima provê uma confiabilidade de grau muito alto.

Em uma realização preferida, o provedor de domínio de frequência e tempo é configurado para prover, para uma pluralidade de faixas de frequência e para uma pluralidade de intervalos de tempo, coeficientes de bits simples que descrevem uma amplitude e uma fase do sinal com marca d'água nas respectivas faixas de frequência e intervalos de tempo. O decodificador diferencial é configurado para determinar um valor da segunda representação de domínio de frequência e tempo associado a uma determinada faixa de frequência e um determinado intervalo de tempo com base em dois valores correspondentes da primeira representação de domínio de frequência e tempo, ou uma versão pré- processada deste. Utilizando dois valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo a fim de obter um valor da segunda representação de domínio de frequência e tempo, é possível avaliar as diferenças de fase entre os dois valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo. 0 processamento pode ser feito com base em valores reais e/ou valores complexos. Da mesma forma, quaisquer alterações lentas do canal, que não tiveram um impacto fortemente diferente nos valores adjacentes da primeira representação de dominio de frequência e tempo, podem ser aproximadamente compensadas ao utilizar dois valores da primeira representação de dominio de frequência e tempo a fim de obter valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo.

Em uma realização preferida, o decodificador de marca d'água compreende um banco de filtros de análise configurado para convolver o sinal com marca d'água ou uma versão downmixada deste, com uma função de formação de bit. Nesse caso, o decodificador de marca d'água é configurado para amostrar no tempo um resultado da convolução, a fim de obter valores diferentes no tempo da primeira representação de dominio de frequência e tempo. O decodificador de marca d'água é configurado para ajustar uma cronometragem utilizada para uma amostragem do resultado da convolução em uma resolução de subintervalo de bit em dependência de informações de sincronização, a fim de maximizar a proporção entre sinal e ruido e para minimizar uma proporção de interferência de simbolo. Descobriu-se que a saida desse banco de filtros de análise é bem adequada para servir como a primeira representação de dominio de frequência e tempo para a decodificação diferencial. Também, descobriu-se que a decodificação diferencial provê resultados razoáveis para a primeira representação de dominio de frequência e tempo, mesmo se houver um desalinhamento discreto da cronometragem utilizada para amostrar o resultado da convolução.

Em uma realização preferida, o decodificador diferencial é configurado para derivar a segunda representação de dominio de frequência e tempo independentemente para diferentes faixas de frequência, de modo que as diferentes rotações de fase do sinal com marca d'água em diferentes faixas de frequência sejam compensadas independentemente. O determinador de sincronização ou o decodificador de marca d'água é configurado para processar unidamente um conjunto de valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo associados a uma determinada parcela de tempo e diferentes faixas de frequência, para obter informações de sincronização ou um bit dos dados de mensagem binários. Descobriu-se que a decodificação diferencial permite um processamento unido confiável de valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo mesmo sem utilizar um corretor de canal e mesmo sem conhecimento sobre um estado do canal. Da mesma forma, o conceito da invenção permite uma implementação particularmente eficiente.

Uma realização, de acordo com a invenção, cria um dispositivo de avaliação de marca d'água portátil. O dispositivo de avaliação de marca d'água compreende um microfone configurado para prover um sinal elétrico de microfone e um decodificador de marca d'água, conforme discutido acima. O decodificador de marca d'água é configurado para receber o sinal de microfone como o sinal com marca d'água. Descobriu-se que o decodificador de marca d'água da invenção pode ser aplicado com vantagem particular nesse dispositivo de avaliação de marca d'água portátil avaliando um sinal de áudio recebido por um microfone, pois o decodificador de marca d'água é particularmente insensivel às distorções tipicas de canal, como, por exemplo, trocas Doppler, funções de transferência nulas e assim por diante.

As realizações adicionais, de acordo com a invenção, criam um método para prover um sinal de marca d'água em dependência de dados de mensagem binários e um método para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água. Algumas outras realizações criam programas de computador para realizar os ditos métodos. Os métodos e os programas de computador têm base nas mesmas descobertas que as do equipamento acima descrito.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As realizações, de acordo com a invenção, serão subsequentemente descritas, tendo como referência as figuras anexas, nas quais:

A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um insersor de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 2 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um decodificador de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 3 apresenta um diagrama de blocos esquemático detalhado de um gerador de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 4 apresenta um diagrama de blocos esquemático detalhado de um modulador para uso em uma realização da invenção.

A Figura 5 apresenta um diagrama de blocos esquemático detalhado de um módulo de processamento psicoacústico para uso em uma realização da invenção;

A Figura 6 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um processador de modelo psicoacústico para uso em uma realização da invenção;

A Figura 7 é uma representação gráfica de um espectro de energia de um sinal de áudio produzido pelo bloco 801 na frequência;

A Figura 8 é uma representação gráfica de um espectro de energia de um sinal de áudio produzido pelo bloco 802 na frequência;

A Figura 9 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um cálculo de amplitude;

A Figura 10a apresenta um diagrama de blocos esquemático de um modulador;

A Figura 10b é uma representação gráfica da localização de coeficientes na reivindicação de frequência e tempo;

As Figuras 11a e 11b apresentam diagramas de blocos esquemáticos de implementações alternativas do módulo de sincronização;

A Figura 12a é uma representação gráfica do problema em encontrar o alinhamento temporal de uma marca d'água;

A Figura 12b é uma representação gráfica do problema de identificar o inicio da mensagem;

A Figura 12c é uma representação gráfica de um alinhamento temporal de sequências de sincronização em um modo de sincronização de mensagem completo;

A Figura 12d é uma representação gráfica do alinhamento temporal das sequências de sincronização em um modo de sincronização de mensagem parcial;

A Figura 12e é uma representação gráfica dos dados de entrada do módulo de sincronização;

A Figura 12f é uma representação gráfica de um conceito de identificação de uma batida de sincronização;

A Figura 12g apresenta um diagrama de blocos esquemático de um correlator de assinatura de sincronização;

A Figura 13a é uma representação gráfica de um exemplo para uma despropagação temporal;

A Figura 13b é uma representação gráfica de um exemplo para uma multiplicação por elemento entre as sequências de bits e de propagação;

A Figura 13c é uma representação gráfica de uma saida do correlator de assinatura de sincronização, após a medição temporal;

A Figura 13d é uma representação gráfica de uma saida do correlator de assinatura de sincronização filtrado com a função de auto-correlação da assinatura de sincronização;

A Figura 14 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um extrator de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 15 é uma representação esquemática de uma seleção de uma parte da representação de dominio de frequência e tempo como uma mensagem candidata;

A Figura 16 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um módulo de análise;

A Figura 17a é uma representação gráfica de uma saida de um correlator de sincronização;

A Figura 17b é uma representação gráfica de mensagens decodifiçadas;

A Figura 17c é uma representação gráfica de uma posição de sincronização, que é extraida de um sinal com marca d'água;

A Figura 18a é uma representação gráfica de uma carga útil, uma carga útil com uma sequência de encerramento de Viterbi, uma carga útil codificada por Viterbi e uma versão codificada por repetição da carga útil codificada por Viterbi;

A Figura 18b é uma representação gráfica de subcarregadores utilizados para embutir um sinal com marca d'água;

A Figura 19 é uma representação gráfica de uma mensagem não codificada, uma mensagem codificada, uma mensagem de sincronização e um sinal de marca d'água, nas quais a sequência de sincronização é aplicada às mensagens;

A Figura 20 é uma representação esquemática de uma primeira etapa de um denominado conceito de "sincronização ABC";

A Figura 21 é uma representação gráfica de uma segunda etapa de um denominado conceito de "sincronização ABC";

A Figura 22 é uma representação gráfica de uma terceira etapa de um denominado conceito de "sincronização ABC";

A Figura 23 é uma representação gráfica de uma mensagem compreendendo uma carga útil e uma parcela CRC;

A Figura 24 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um gerador de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 25 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um decodificador de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 26 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um decodificador de marca d'água, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 27 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um dispositivo de avaliação de marca d'água portátil, de acordo com uma realização da invenção;

A Figura 28 apresenta um fluxograma de um método para prover um sinal com marca d'água em dependência de dados de mensagem binários; e

A Figura 29 apresenta um fluxograma de um método para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água.

DESCRIÇÃO

DETALHADA DAS REALIZAÇÕES

1. GERAÇÃO DE MARCA D'ÁGUA 1.1. GERADOR DE MARCA D'ÁGUA, DE ACORDO COM A FIGURA 24

A seguir, um gerador de marca d'água 2400 será descrito tendo como referência a Figura 24, que mostra o diagrama de blocos esquemático desse gerador de marca d'água. O gerador de marca d'água 2400 é configurado para receber dados de mensagem binários 2410 e para prover, com base nisso, um sinal com marca d'água 2420. O gerador de marca d'água 2400 compreende um processador de informações 2430, que é configurado para prover, em dependência das unidades de informações (por exemplo, bits) dos dados de mensagem binários 2410, uma primeira representação de dominio de frequência e tempo 2432, cujos valores representam os dados de mensagem binários 2410. O gerador de marca d'água 2400 também compreende um codificador diferencial 2440, que é configurado para derivar uma segunda representação de dominio de frequência e tempo 2442 da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2432, de modo que a segunda representação de dominio de frequência e tempo 2442 compreenda uma pluralidade de valores, em que uma diferença entre dois valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo 2442 representa um valor correspondente da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2432, a fim de obter uma codificação diferencial dos valores da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2432. O gerador de marca d'água 2400 também compreende o provedor de sinal com marca d'água 2450, que é configurado para prover o sinal com marca d'água 2420 com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo 2442.

O gerador de marca d'água 2400 pode ser complementado por qualquer um dos aspectos e funcionalidades que são discutidos em mais detalhes na seção 3 abaixo.

1.2. MÉTODO PARA PROVER UM SINAL COM MARCA D'ÁGUA EM DEPENDÊNCIA DE DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS, DE ACORDO COM A FIGURA 28.

A seguir, um método para prover um sinal com marca d'água em dependência de dados de mensagem binários será explicado tendo como referência a Figura 28, que mostra um fluxograma desse método. O método 2800 da Figura 28 compreende uma etapa 2810 de provisão, em dependência das unidades de informações dos dados de mensagem binários, de uma primeira representação de dominio de frequência e tempo, cujos valores representam os dados de mensagem binários. O método 2800 também compreende uma etapa 2820 de derivação de uma segunda representação de dominio de frequência e tempo da primeira representação de dominio de frequência e tempo, de modo que a segunda representação de dominio de frequência e tempo compreenda uma pluralidade de valores, em que uma diferença entre dois valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo representa um valor correspondente da primeira representação de dominio de frequência e tempo, a fim de obter uma codificação diferencial dos valores da primeira representação de dominio de frequência e tempo. O método 2800 também compreende uma etapa 2830 de provisão do sinal com marca d'água com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo.

Naturalmente, o método 2800 pode ser complementado por qualquer um dos aspectos e funcionalidades aqui discutidos, também em relação ao equipamento da invenção.

2. DECODIFICAÇÃO DE MARCA D'ÁGUA 2.1. DECODIFICADOR DE MARCA D'AGUA, DE ACORDO COM A FIGURA 2

A seguir, um decodificador de marca d'água 2500 será descrito tendo como referência a Figura 25, que mostra um diagrama de blocos esquemático desse decodificador de marca d' água.

O decodificador de marca d'água 2500 é configurado para prover dados de mensagem binários 2520 em dependência de um sinal com marca d'água 2510. O decodificador de marca d'água 2500 compreende um provedor de representação de dominio de frequência e tempo 2530, que é configurado para prover uma primeira representação de dominio de frequência e tempo 2532 do sinal com marca d'água 2510. O decodificador de marca d'água 2500 também compreende um decodificador diferencial 2540, que é configurado para derivar uma segunda representação de dominio de frequência e tempo 2542 da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2532, de modo que os valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo 2542 sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (e, preferencialmente, adjacentes) da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2532. O decodificador de marca d'água 2500 também compreende um determinador de sincronização 2550, que é configurado para obter informações de sincronização 2552 com base na segunda representação de dominio de frequência e tempo 2542. O decodificador de marca d'água 2500 também compreende um extrator de marca d'água 2560, configurado para extrair os dados de mensagem binários 2520 da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2532 do sinal com marca d'água 2510 ou da segunda representação de dominio de frequência e tempo 2542 do sinal com marca d'água 2510 utilizando as informações de sincronização 2552.

Naturalmente, o decodificador de marca d'água 2500 pode ser complementado por qualquer um dos aspectos e funcionalidades aqui discutidos em relação à decodificação de marca d'água.

2.2. DECODIFICADOR DE MARCA D'ÁGUA, DE ACORDO COM A FIGURA 26

A seguir, um decodificador de marca d'água 2600 será descrito tendo como referência a Figura 26, que mostra um diagrama de blocos esquemático desse decodificador de marca d'água. Oe decodificador de marca d'água 2600 é configurado para receber um sinal com marca d'água 2610 e para prover, com base nisso, dados de mensagem binários 2620. O decodificador de marca d'água 2600 compreende um provedor de representação de dominio de frequência e tempo 2630 configurado para prover uma primeira representação de dominio de frequência e tempo 2632 do sinal com marca d'água 2610. O decodificador de marca d'água 2600 também compreende um decodificador diferencial 2640 configurado para derivar uma segunda representação de dominio de frequência e tempo 2642 da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2632, de modo que os valores da segunda representação de dominio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (e, preferencialmente, temporalmente adjacentes ou adjacentes em frequência) da primeira representação de dominio de frequência e tempo 2632. O decodificador de marca d'água 2600 também compreende um extrator de marca d'água 2650, que é configurado para extrair os dados de mensagem binários 2620 da segunda representação de dominio de frequência e tempo 2642.

Naturalmente, o decodificador de marca d'água 2600 pode ser complementado por qualquer um dos meios e funcionalidades aqui discutidos em relação à decodificação de marca d'água.

2.3. DISPOSITIVO DE AVALIAÇÃO DE MARCA D'ÁGUA, DE ACORDO COM A FIGURA 27

A seguir, um dispositivo de avaliação de marca d'água portátil será descrito, tendo como referência a Figura 27, que mostra um diagrama de blocos esquemático desse dispositivo

O dispositivo de avaliação de marca d'água portátil 2700 compreende um microfone 2710 configurado para prover um sinal elétrico de microfone 2712. O dispositivo de avaliação de marca d'água portátil 2700 também compreende um decodificador de marca d'água 2720, que pode ser idêntico ao decodificador de marca d'águas aqui descrito. O decodificador de marca d'água 2720 é configurado para receber o sinal de microfone 2712 como um sinal com marca d'água, para prover dados de mensagem binários 2722 com base nisso.

Naturalmente, o decodificador de marca d'água 2720 pode ser complementado por qualquer um dos meios ou funcionalidades aqui descritos em relação à decodificação de marca d' água.

2.4. MÉTODO PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D'AGUA, DE ACORDO COM A FIGURA 29

A seguir, um método 2900 para prover dados de mensagem binários em dependência de um sinal com marca d'água será descrito tendo como referência a Figura 29, que mostra a fluxograma desse método.

O método 2900 compreende uma etapa 2910 de provisão de uma primeira representação de dominio de frequência e tempo do sinal com marca d'água. O método 2900 também compreende uma etapa 2920 de derivação de uma segunda representação de dominio de frequência e tempo da primeira representação de dominio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (e, preferencialmente, adjacentes) da primeira representação de dominio de frequência e tempo.

O método 2900 também compreende uma etapa 2930 de utilização da segunda representação de dominio de frequência e tempo para determinar as informações de sincronização, que são utilizadas para prover os dados de mensagem binários ou extração dos dados de mensagem binários do sinal com marca d'água.

O método 2900 pode ser complementado por qualquer um dos aspectos e funcionalidades aqui descritos em relação à decodificação de marca d'água.

3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA

A seguir, um sistema para uma transmissão de marca d'água será descrito, que compreende um insersor de marca d'água e um decodificador de marca d'água. Naturalmente, o insersor de marca d'água e o decodificador de marca d'água podem ser utilizados independentes um do outro.

Para a descrição do sistema, uma abordagem de cima a baixo é escolhida aqui. Primeiro, distingue-se entre codificador e decodificador. Então, nas seções 3.1 a 3.5, cada bloco de processamento é descrito em detalhes.

A estrutura básica do sistema pode ser vista nas

Figuras 1 e 2, que retratam o lado do codificador e do decodificador, respectivamente. A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos esquemático de um insersor de marca d'água 100. No lado do codificador, o sinal de marca d'água 101b é gerado no bloco de processamento 101 (também designado como gerador de marca d'água) dos dados binários 101a e com base nas informações 104, 105 trocadas com o módulo de processamento psicoacústico 102. As informações providas do bloco 102 garantem tipicamente que a marca d'água seja inaudível. A marca d'água gerada pelo gerador de marca d'água 101 é, então, adicionada ao sinal de áudio 106. O sinal com marca d'água 107 pode ser, então, transmitido, armazenado ou adicionalmente processado. No caso de um arquivo de multimidia, por exemplo, um arquivo de áudio e video, um atraso adequado precisa ser adicionado para o fluxo de video não perca sincronia de áudio e video. No caso de um sinal de áudio de múltiplos canais, cada canal é processado separadamente, conforme explicado nesse documento. Os blocos de processamento 101 (gerador de marca d'água) e 102 (módulo de processamento psicoacústico) são explicados em detalhes nas Seções 3.1 e 3.2 , respectivamente.

O lado do decodificador é retratado na Figura 2, que mostra um diagrama de blocos esquemático de um decodificador de marca d'água 200. Um sinal de áudio com marca d'água 200a, por exemplo, gravado por um microfone, torna-se disponível ao sistema 200. Um primeiro bloco 203, que também é designado como um módulo de análise, desmodula e transforma os dados (por exemplo, o sinal de áudio com marca d'água) em dominio de tempo e frequência (obtendo, com isso, uma representação de dominio de frequência e tempo 204 do sinal de áudio com marca d'água 200a), passando ele ao módulo de sincronização 201, que analisa o sinal de entrada 204 e realiza uma sincronização temporal, a saber, determina o alinhamento temporal dos dados codificados (por exemplo, dos dados de marca d'água codificados relacionados à representação de dominio de frequência e tempo). Essas informações (por exemplo, as informações de sincronização resultantes 205) são dadas ao extrator de marca d'água 202, que decodifica os dados (e, consequentemente, provê os dados binários 202a, que representam o conteúdo de dados do sinal de áudio com marca d'água 200a).

3.1. O GERADOR DE MARCA D'AGUA 101

O gerador de marca d'água 101 é retratado em detalhes na Figura 3. Os dados binários (expressos como ± 1) a serem escondidos no sinal de áudio 106 são dados ao gerador de marca d'água 101. O bloco 301 organiza os dados 101a em pacotes de comprimento igual Mp. Bits elevados são adicionados (por exemplo, afixados) para fins de sinalização a cada pacote. Ms denota seu número. Seu uso será explicado em detalhes na Seção 3.5. Observe que, a seguir, cada pacote de bits de carga útil junto aos bits elevados de sinalização é denotado como mensagem.

Cada mensagem 301a, de comprimento Nm = Ms + Mp, é entregue ao bloco de processamento 302, o codificador de canal, que é responsável pela codificação dos bits para proteção contra erros. Uma realização possivel desse módulo consiste em um codificador convolucional junto a um entrelaçador. A proporção do codificador convolucional influencia grandemente no grau geral da proteção contra erros do sistema de criação de marca d'água. O entrelaçador, por outro lado, traz proteção contra explosões de ruido. A variação da operação do entrelaçador pode ser limitada a uma mensagem, mas também poderia ser estendida a mais mensagens. Rc denota a proporção de código, por exemplo, 1/4. O número de bits codificados para cada mensagem é Nm/Rc. O codificador de canal provê, por exemplo, uma mensagem binária codificada 302a.

O próximo bloco de processamento, 303, realiza uma propagação no domínio de frequência. A fim de alcançar proporção entre sinal e ruido suficiente, as informações (por exemplo, as informações da mensagem binária 302a) são propagadas e transmitidas em Nf subfaixas cuidadosamente escolhidas. Sua posição exata na frequência é decidida a priori e é conhecida tanto ao codificador como ao decodificador. Os detalhes da escolha desse importante parâmetro de sistema dão dados na Seção 3.2.2. A propagação na frequência é determinada pela sequência de propagação cf de tamanho Nf X 1. A saida 303a do bloco 303 consiste em Nf fluxos de bits, um para cada subfaixa. O iésimo fluxo de bits é obtido ao multiplicar o bit de entrada com o iésimo componente da sequência de propagação cf. A propagação mais simples consiste em copiar o fluxo de bits a cada fluxo de saida, a saber, utilizar uma sequência de propagação de todos.

O bloco 304, que também é designado como um insersor de esquema de sincronização, adiciona um sinal de sincronização ao fluxo de bits. Uma sincronização forte é importante, uma vez que o decodif icador não sabe o alinhamento temporal nem dos bits nem da estrutura de dados, isto é, quando cada mensagem começa. O sinal de sincronização consiste em Ns sequências de Nf bits cada. As sequências são multiplicadas por elemento e periodicamente ao fluxo de bits (ou fluxos de bits 303a) . Por exemplo, considere que a, b e c são as Ns=3 sequências de sincronização (também designadas como sequências de propagação de sincronização) . O bloco 304 multiplica a ao primeiro bit de propagação, b ao segundo bit de propagação e c ao terceiro bit de propagação. Para os bits seguintes, o processo é periodicamente iterado, a saber, a ao quarto bit, b ao quinto bit e assim por diante. Da mesma forma, uma informação de sincronização e informações combinadas 304a é obtida. As sequências de sincronização (também designadas como sequências de propagação de sincronização) são cuidadosamente escolhidas para minimizar os riscos de uma sincronização falsa. São dados mais detalhes na Seção 3.4. Também, deve ser observado que uma sequência a, b, c, . . . pode ser considerada como uma sequência de sequências de propagação de sincronização.

O bloco 305 realiza uma propagação no dominio de tempo. Cada bit de propagação na entrada, a saber, um vetor de comprimento Nf, é repetido no dominio de tempo Nt vezes. Semelhantemente à propagação na frequência, definimos uma sequência de propagação ct de tamanho Nt X 1. A iésima repetição temporal é multiplicada com o iésimo componente de ct.

As operações dos blocos 302 a 305 podem ser colocadas em termos matemáticos, como segue. Considere m de tamanho 1 X Nm = Rc uma mensagem codificada, produzida de 302. A saida 303a (que pode ser considerada como uma representação de informações de propagação R) dos blocos 303 é

a saída 304a do bloco 304, que pode ser considerado uma representação de sincronização e informações combinadas C, é

onde o denota o produto por elemento de Schur e

A saída 305a de 305 é

onde 0 e T denotam o produto de Kronecker e transposição, respectivamente. Lembre-se que os dados binários são expressos como ± 1.

O bloco 306 realiza uma codificação diferencial dos bits. Essa etapa confere ao sistema resistência adicional contra trocas de fase, devido a não correspondências de oscilador de movimento ou local. Mais detalhes sobre isso serão dados na Seção 3.3. Se b(i; j) é o bit para a iésima faixa de frequência e o j-ésimo bloco de tempo na entrada do bloco 306, o bit de saida bdif(i; j) é

No inicio do fluxo, isto é, para j = 0, bdif(i, j - 1) é ajustado a 1.

O bloco 307 realiza a modulação real, isto é, a geração a forma de onda do sinal de marca d'água, dependendo das informações binárias 360a dadas em sua entrada. Um esquema mais detalhado é dado na Figura 4. Nf entradas paralelas, 401 a 40Nf contêm os fluxos de bits para diferentes subfaixas. Cada bit de cada fluxo de subfaixa é processado por um bloco de formação de bit (411 a 41Nf) . A saida dos blocos de formação de bit são formas de onda no dominio de tempo. A forma de onda gerada para o j-ésimo bloco de tempo e a iésima subfaixa, denotada por Si.j (t) , com base no bit de entrada bdif(i, j), é computada como segue

onde Y(Í;j) θ um fator de ponderação provido pela unidade de processamento psicoacústico 102, Tb é o intervalo de tempo de bit, e gi(t) é a função de formação de bit para a iésima subfaixa. A função de formação de bit é obtida de uma função de faixa de base modulada em frequência com um cosseno

onde fi é a frequência central da iésima subfaixa e o sobrescrito T significa o transmissor. As funções de faixa de base podem ser diferentes para cada subfaixa. Se escolhidas idênticas, uma implementação mais eficiente no decodificador é possivel. Vide Seção 3.3 para mais detalhes.

A formação de bit para cada bit é repetida em um processo iterativo controlado pelo módulo de processamento psicoacústico (102). As iterações são necessárias para ajustar precisamente as ponderações y(i, j), para atribuir o máximo de energia possivel à marca d'água, enquanto a mantém inaudível. Mais detalhes são dados na Seção 3.2.

A forma de onda completa na saida do iésimo filtro de formação de bit 41i é

A função de faixa de base de formação de bit normalmente não é zero para um intervalo de tempo muito maior que Tb, embora a energia principal seja concentrada dentro do intervalo de bits. Pode ser visto um exemplo na Figura 12a, onde a mesma função de faixa de base de formação de bit é delineada para dois bits adjacentes. Na figura, temos Tb = 40ms. A escolha de Tb, assim como a forma da função, afetam o sistema consideravelmente. Na verdade, simbolos mais longos provêem respostas de frequência mais estreitas. Isso é particularmente benéfico em ambientes reverberantes. Na verdade, nesses cenários, o sinal com marca d'água atinge o microfone por meio de diversas vias de propagação, cada um caracterizado por um tempo de propagação diferente. 0 canal resultante apresenta forte seletividade de frequência. Interpretados no dominio de tempo, simbolos mais longos são benéficos como ecos com um atraso comparável à interferência construtiva de produção de intervalo de bit, o que significa que eles aumentam a energia do sinal recebido. Contudo, simbolos mais longos também trazem algumas desvantagens; sobreposições maiores poderiam levar à interferência inter-simbolo (ISI) e são, com certeza, mais dificeis de ocultar no sinal de áudio, de modo que o módulo de processamento psicoacústico permitiria menos energia que para simbolos mais curtos.

O sinal de marca d'água é obtido ao somar todas as saidas dos filtros de formação de bit

3.2. O MÓDULO DE PROCESSAMENTO PSICOACÚSTICO 102

Conforme retratado na Figura 5, o módulo de processamento psicoacústico 102 consiste em 3 partes. A primeira etapa é um módulo de análise 501 que transforma o sinal de áudio de tempo em dominio de tempo/frequência. Esse módulo de análise pode realizar análises paralelas em diferentes resoluções de tempo/frequência. Após o módulo de análise, os dados de tempo/frequência são transferidos ao modelo psicoacústico (PAM) 502, no qual os limites de mascaramento para o sinal de marca d'água são calculados, de acordo com as considerações psicoacústicas (vide E. Zwicker H.Fasti, "Psychoacoustics Facts and models"). Os limites de mascaramento indicam a quantidade de energia que pode ser oculta no sinal de áudio para cada subfaixa e bloco de tempo. O último bloco no módulo de processamento psicoacústico 102 retrata o módulo de cálculo de amplitude 503. Esse módulo determina os ganhos de amplitude a serem utilizados na geração do sinal de marca d'água, de modo que os limites de mascaramento sejam satisfeitos, isto é, a energia embutida é menor ou igual à energia definida pelos limites de mascaramento.

3.2.1 A ANÁLISE DE TEMPO/FREQUÊNCIA 501

O bloco 501 realiza a transformação de tempo/frequência do sinal de áudio por meio de uma transformação retificada. A melhor qualidade de áudio pode ser alcançada quando forem realizadas múltiplas resoluções de tempo/frequência. Uma realização eficiente de uma transformação retificada é a transformada de Fourier de tempo curto (STFT) , que tem base nas transformadas de Fourier rápidas (FFT) dos blocos de tempo janelados. O comprimento da janela determina a resolução de tempo/frequência, de modo que janelas maiores produzam resoluções de tempo menor e de frequência maior, e vice-versa para janelas mais curtas. A forma da janela, por outro lado, entre outras coisas, determina a perda de frequência.

Para o sistema proposto, alcançamos uma marca d'água inaudivel ao analisar os dados com as duas resoluções diferentes. Um primeiro banco de filtros é caracterizado por um tamanho de hopde Tb, isto é, o comprimento do bit. O tamanho de hopé o intervalo de tempo entre os dois blocos de tempo adjacentes. O comprimento da janela é de aproximadamente Tb. Observe que a forma da janela não deve ser a mesma que a utilizada para a formação de bit e, em geral, deve modelar o sistema auditivo humano. Diversas publicações estudam esse problema.

O segundo banco de filtros aplica uma janela mais curta. A maior resolução temporal alcançada é particularmente importante ao embutir uma marca d'água na fala, uma vez que sua estrutura temporal é, em geral, mais fina que Tb.

A taxa de amostragem do sinal de áudio de entrada não é importante, contanto que seja grande o suficiente para descrever um sinal de marca d'água sem aliasing.Por exemplo, se o componente de frequência mais amplo contido no sinal de marca d'água for 6 kHz, então, a taxa de amostragem dos sinais de tempo deve ser de pelo menos 12 kHz.

3.2.2 O MODELO PSICOACÚSTICO 502

O modelo psicoacústico 502 tem a tarefa de determinar os limites de mascaramento, isto é, a quantidade de energia que pode ser oculta no sinal de áudio para cada subfaixa e bloco de tempo, mantendo o sinal de áudio com marca d'água indistinguível do original.

A iésima subfaixa é definida entre dois limites, a saber, A e A As subfaixas sao determinadas ao definir Nf frequências centrais f± e deixando ' ’-1 * i para i = 2, 3, ..., Nf. Uma escolha adequada para as frequências centrais é dada pela escala de Bark proposta por Zwicker, em 1961. As subfaixas se tornam maiores para frequências centrais maiores. Uma implementação possivel do sistema utiliza 9 subfaixas que variam de 1,5 a 6 kHz, dispostas de maneira adequada.

As etapas de processamento a seguir são realizadas separadamente para cada resolução de tempo/frequência para cada subfaixa e cada bloco de tempo. A etapa de processamento 801 realiza uma suavização espectral. Na verdade, os elementos de tom, assim como entalhes no espectro de energia precisam ser suavizados. Isso pode ser realizado em diversas maneiras. Uma medida de tonalidade pode ser computada e, então, utilizada para acionar um filtro de suavização adaptativo. De maneira alternativa, em uma implementação mais simples desse bloco, um filtro tipo mediano pode ser utilizado. O filtro mediano considera um vetor de valores e produz seu valor mediano. Em um filtro tipo mediano, o valor correspondente a uma quantidade diferente de 50% pode ser escolhida. A amplitude do filtro é definida em Hz e é aplicada como uma média de movimento não linear que começa nas frequências inferiores e termina na mais alta frequência possivel. A operação de 801 é ilustrada na Figura 7. A turva vermelha é a saida da suavização.

Uma vez que a suavização foi realizada, os limites são computados pelo bloco 802, considerando somente o mascaramento de frequência. Também, nesse caso, há possibilidades diferentes. Uma maneira é utilizar o minimo para cada subfaixa computar a energia de mascaramento Ei. Isto é, a energia equivalente do sinal que opera de maneira eficiente um mascaramento. A partir deste valor, podemos simplesmente multiplicar um determinado fator de escalonamento para obter a energia mascarada J±. Esses fatores são diferentes para cada subfaixa e resolução de tempo/frequência e são obtidos por meio de experimento psicoacústicos empiricos. Essas etapas são ilustradas na Figura 8.

No bloco 805, é considerado o mascaramento temporal. Nesse caso, diferentes blocos de tempo para a mesma subfaixa são analisados. As energias mascaradas Ji são modificadas, de acordo com um perfil de pós-mascaramento empiricamente derivado. Consideremos dois blocos de tempo adjacentes, a saber, k-1 e k. As energias mascaradas correspondentes são Ji(k-l) e Ji(k). O perfil de pós-mascaramento define que, por exemplo, a energia de mascaramento Ei pode mascarar uma energia Ji no momento k e a • Ji no momento k+1. Nesse caso, o bloco 805 compara J± (k) (a energia mascarada pelo bloco de tempo atual) e ocJj(k+l) (a energia mascarada pelo bloco de tempo anterior) e escolhe o máximo. Os perfis de pós-mascaramento estão disponiveis na literatura e foram obtidos por meio de experimentos psicoacústicos empiricos. Observe que para Tb amplo, isto é, > 20 ms, é aplicado o pós-mascaramento somente à resolução de tempo/frequência com janelas de tempo menores.

Resumindo, na saida do bloco 805, temos os limites de mascaramento para cada subfaixa e bloco de tempo obtidos para duas resoluções de tempo/frequência diferentes. Os limites foram obtidos ao considerar ambos os fenômenos de mascaramento de frequência e de tempo. No bloco 806, os limites para diferentes resoluções de tempo/frequência são misturados. Por exemplo, uma possivel implementação é que 806 considera todos os limites correspondentes aos intervalos de tempo e frequência, nos quais está alocado um bit, e escolhe o minimo.

3.2.3 O BLOCO DE CÁLCULO DE AMPLITUDE 503

Vide Figura 9. A entrada de 503 são os limites 505 do modelo psicoacústico 502, onde são realizados todos os cálculos motivados psicoacústicos. No calculador de amplitude 503, são realizadas computações adicionais com os limites. Primeiro, ocorre um mapeamento de amplitude 901. Esse bloco meramente converte os limites de mascaramento (normalmente expressos como energias) em amplitudes que podem ser utilizadas para escalar a função de formação de bit definida na Seção 3.1. Após isso, o bloco de adaptação de amplitude 902 é executado. Esse bloco adapta iterativamente as amplitudes Y(Í, j) que são utilizadas para multiplicar as funções de formação de bit no gerador de marca d'água 101, de modo que os limites de mascaramento sejam, de fato, atendidos. Na verdade, conforme já discutido, a função de formação de bit se estende normalmente para um intervalo de tempo maior que Tb. Portanto, multiplicando a amplitude correta y(i, j) que atende ao limite de mascaramento no ponto i, j não atende necessariamente às exigências no ponto i, j- 1. Isso é particularmente crucial em inicios fortes, como um pré- eco se torna audivel. Outra situação que precisa ser evitada é uma sobreposição despropositada das extremidades de diferentes bits que poderiam levar a uma marca d'água audivel. Portanto, o bloco 902 analisa o sinal gerado pelo gerador de marca d'água, para verificar se os limites foram atendidos. Se não, modifica-se as amplitudes Y(Í< j) de acordo.

Isso conclui o lado do codificador. As seções a seguir tratam das etapas de processamento realizadas no receptor (também designado como decodificador de marca d'água).

3.30 MÓDULO DE ANÁLISE 203

O módulo de análise 203 é a primeira etapa (ou bloco) do processo de extração de marca d'água. Seu objetivo é transformar o sinal de áudio com marca d'água 200a de volta em Nf fluxos de bits ^0) (também designados com 204) , um para cada subfaixa espectral i. Elas são ainda processadas pelo módulo de sincronização 201 e pelo extrator de marca d'água 202, conforme discutido nas Seções 3.4 e 3.5, respectivamente. Observe que Â0) são fluxos de bits flexíveis, isto é, eles podem, por exemplo, ter qualquer valor real e ainda não é feita a decisão rigida no bit.

Esse módulo de análise consiste em três partes que são retratadas na Figura 16: O banco de filtros de análise 1600, o bloco de normalização de amplitude 1604 e a decodificação diferencial 1608.

3.3.1 BANCO DE FILTROS DE ANÁLISE 1600

O sinal de áudio com marca d'água é transformado em dominio de tempo-frequência pelo banco de filtros de análise 1600, que é apresentado em detalhes na Figura 10a. A entrada do banco de filtros é o sinal de áudio com marca d'água recebido r(t). Sua saida são os coeficientes complexos 0) para a iésima ramificação ou subfaixa no momento j. Esses valores contêm informações sobre a amplitude e a fase do sinal na frequência central ft e momento j Tb.

O banco de filtros 1600 consiste em Nf ramificações, uma para cada subfaixa espectral i. Cada ramificação se divide em uma subramificação superior para o componente na fase e uma subramificação inferior para o componente de quadratura da subfaixa i. Apesar da modulação no gerador de marca d'água e, assim, o sinal de áudio com marca d'água serem puramente avaliados reais, a análise avaliada complexa do sinal no receptor é necessária, pois as rotações da constelação de modulações introduzidas pelo canal e pelos desalinhamentos de sincronização não são conhecidas no receptor, A seguir, consideramos a iésima ramificação do banco de filtros. Ao combinar a subramificação em fase e de quadratura, podemos definir o sinal de faixa de base avaliado complexo

como

onde * indica a convolução e é a resposta de impulso do filtro de baixa passagem do receptor da subfaixa i. Geralmente, S'FC’Oi (t) é igual à função de formação de bit de faixa de base 9i (t) da subfaixa i no modulador 307, a fim de atender à condição de filtro correspondida, mas outras respostas de impulso também são possiveis.

A fim de obter os coeficientes &ÍLFBO‘) com a taxa l=Tb, a saida continua deve ser amostrada. Se a cronometragem correta dos bits for conhecida pelo receptor, a amostragem com taxa l=Tb seria suficiente. Entretanto, como a sincronização de bits ainda não é conhecida, é realizada a amostragem com a taxa Nos/Tb, onde Nos é o fator de sobreamostragem do banco de filtros de análise. Ao escolher Nos suficientemente amplo (por exemplo, Nos = 4) , podemos garantir que pelo menos um ciclo de amostragem é próximo o suficiente à sincronização de bits ideal. A decisão sobre a melhor camada de sobreamostragem é tomada durante o processo de sincronização, assim, todos os dados sobreamostrados são mantidos até isso. Esse processo é descrito na Seção 3.4.

Na saida da iésima ramificação, temos os coeficientes *.AFBCÁ*), onde j indica o número de bit ou o momento e k indica a posição de sobreamostragem dentro desse único bit, onde k = 1; 2; . . . . , Nos.

A Figura 10b dá uma visão geral exemplar da localização dos coeficientes no plano de tempo e frequência. O fator de sobreamostragem é Nos = 2. A altura e amplitude dos retângulos indicam respectivamente a amplitude de faixa e o intervalo de tempo da parte do sinal que é representada pelo coeficiente correspondente ^FB(Ã^).

Se as frequências de subfaixa f±forem escolhidas como múltiplos de um determinado intervalo Δf, o banco de filtros de análise pode ser implementado de maneira eficiente utilizando a Transformada de Fourier Rápida (FFT).

3.3.2 NORMALIZAÇÃO DE AMPLITUDE 1604

Sem perda da generalidade e para simplificar a descrição, presumimos, a seguir, que a sincronização de bits é conhecida e que Nos = 1. Isso é, temos coeficientes complexos Í>ÇFB(J)na entrada do bloco de normalização 1604. Como não estão disponíveis informações de estado de canal no receptor (isto é, o canal de propagação é desconhecido), um esquema de combinação de ganho igual (EGC) é utilizado. Devido ao canal dispersivo de tempo e frequência, a energia do bit enviado bi(j) não é somente encontrada ao redor da frequência central f± e momento de tempo j, mas também em frequências e momentos adjacentes. Portanto, para uma ponderação mais precisa, são calculados coeficientes adicionais nas frequências ±n e utilizadas para normalização do coeficiente ^FBO). Se n = 1, temos, por exemplo,

A normalização para n > 1 é uma extensão direta da fórmula acima. Na mesma maneira, também podemos escolher normalizar os bits flexiveis, ao considerar mais de um momento. A normalização é realizada para cada subfaixa i e cada momento j. A combinação real da EGC é feita nas últimas etapas do processo de extração.

3.3.3 DECODIFICAÇÃO DIFERENCIAL 1608

Na saida do bloco de decodificação diferencial 1608, temos os coeficientes complexos normalizados de amplitude í’iwrmÜ) contêm informações sobre a fase dos componentes de sinal na frequência f± e momento j . Como os bits são diferencialmente codificados no transmissor, a operação inversa deve ser realizada aqui. Os bits flexiveis são obtidos, primeiro, ao calcular a diferença na fase de dois coeficientes consecutivos e, então, obter a parte real:

Isso tem de ser realizado separadamente para cada subfaixa, pois o canal introduz normalmente rotações de fases diferentes em cada subfaixa.

3.4 O MÓDULO DE SINCRONIZAÇÃO 201

A tarefa do módulo de sincronização é encontrar o alinhamento temporal da marca d'água. O problema de sincronização do decodificador aos dados codificados é duplo. Em uma primeira etapa, o banco de filtros de análise deve ser alinhado aos dados codificados, a saber, as funções de formação de bit W utilizadas na sintese no modulador devem ser alinhadas aos filtros (*) utilizados para análise. Esse problema é ilustrado na Figura 12a, onde os filtros de análise são idênticos aos de síntese. Na parte superior, são visíveis três bits. Para simplificar, as formas de onda para todos os três bits não são escaladas. A compensação temporal entre diferentes bits é Tb. A parte inferior ilustra a questão de sincronização no decodificador: o filtro pode ser aplicado em diferentes momentos; entretanto, somente a posição marcada em vermelho (curva 1299a) é correta e permite extrair o primeiro bit com a melhor proporção entre sinal e ruído SNR e proporção entre sinal e interferência SIR. Na verdade, um alinhamento incorreto levaria a uma degradação tanto da SNR como da SIR. Referimo-nos a essa primeira questão de alinhamento como "sincronização de bits". Uma vez que a sincronização de bits foi alcançada, os bits podem ser extraídos de maneira ideal. Entretanto, para decodificar corretamente uma mensagem, é necessário saber em qual bit uma nova mensagem começa. Essa questão é ilustrada na Figura 12b e é mencionada como sincronização de mensagem. No fluxo de bits decodificados, somente a posição inicial marcada em vermelho (posição 1299b) é correta e permite decodificar a k-ésima mensagem.

Primeiro, trataremos somente da sincronização de mensagem. A assinatura de sincronização, conforme explicado na Seção 3.1, é composta de Ns sequências em uma ordem predeterminada, que são embutidas continua e periodicamente na marca d'água. O módulo de sincronização é capaz de recuperar o alinhamento temporal das sequências de sincronização. Dependendo do tamanho Ns, podemos distinguir entre dois modos de operação, que são retratados na Figura 12c e 12d, respectivamente. • No modo de sincronização de mensagem completa (Figura 12c), temos Ns = Nm/Rc. Para simplificar, na figura, presumimos Ns = Nm/Rc = 6 e sem propagação de tempo, isto é, Nt = 1. A assinatura de sincronização utilizada, para fins de ilustração, 5 é apresentada abaixo das mensagens. Na realidade, elas são moduladas dependendo dos bits codificados e das sequências de propagação de frequência, conforme explicado na Seção 3.1. Nesse modo, a periodicidade da assinatura de sincronização é idêntica ao das mensagens. 0 módulo de sincronização pode, portanto, 10 identificar o inicio de cada mensagem, ao encontrar o alinhamento temporal da assinatura de sincronização. Referimo-nos às posições temporais nas quais uma nova assinatura de sincronização começa conforme as batidas de sincronização. As batidas de sincronização são, então, passadas ao extrator de marca d'água 202.

O segundo modo possivel, o modo de sincronização de mensagem parcial (Fig. 12d), é retratado na Figura 12d. Nesse caso, temos Ns< Nm=Rc. Na figura, consideramos Ns = 3, de modo que as três sequências de sincronização sejam repetidas duas vezes para cada mensagem. Observe que a periodicidade das mensagens não tem de ser o múltiplo da periodicidade da assinatura de sincronização. Nesse modo de operação, nem todas as batidas de sincronização correspondem ao inicio de uma mensagem. O módulo de sincronização não tem meios para distinguir entre batidas e essa tarefa é dada ao extrator de marca d'água 202.

Os blocos de processamento do módulo de sincronização são retratados nas Figuras 11a e 11b. O módulo de sincronização realiza a sincronização de bits e a sincronização de mensagens (completa ou parcial) uma vez, ao analisar a saida do correlator de assinatura de sincronização 1201. 0 dominio de tempo/frequência de dados 204 é provido pelo módulo de análise. Como a sincronização de bits ainda não está disponível, o bloco 203 sobreamostra os dados com o fator Nos, conforme descrito na Seção 3.3. Uma ilustração dos dados de entrada é dada na Figura 12e. Para esse exemplo, consideramos Nos = 4, Nt = 2 e Ns = 3. Em outras palavras, a assinatura de sincronização consiste em 3 sequências (denotadas com a, b e c) . A propagação de tempo, nesse caso, com a sequência de propagação ct = [1 1]T, repete simplesmente cada bit duas vezes no dominio de tempo. As batidas de sincronização exatas são denotadas com setas e correspondem ao inicio de cada assinatura de sincronização. O periodo da assinatura de sincronização é Nt • Nos • Ns = Nsbl que é 2 • 4 • 3 = 24, por exemplo. Devido à periodicidade da assinatura de sincronização, o correlator de assinatura sincronização (1201) divide de maneira arbitrária o eixo de tempo em blocos, chamados blocos de busca, de tamanho Nsbl, cujo subescrito representa a extensão do bloco de busca. Cada bloco de busca deve conter (ou tipicamente contém) uma batida de sincronização, conforme retratado na Figura 12f. Cada um dos bits Nsbi é uma batida de sincronização candidata. A tarefa do bloco 1201 é computar uma medida de probabilidade para cada bit candidato de cada bloco. Essas informações são, então, passadas ao bloco 1204 que computa as batidas de sincronização.

3.4.1 O CORRELATOR DE ASSINATURA DE SINCRONIZAÇÃO 1201

Para cada uma das Nsbi posições de sincronização candidatas, o correlator de assinatura de sincronização computa uma medida de probabilidade, a última é maior que mais provável, isto é, o alinhamento temporal (tanto o bit como a sincronização de mensagem completa ou parcial) foi encontrado. As etapas de processamento são retratadas na Figura 12g.

Da mesma forma, uma sequência 1201a dos valores de probabilidade, associados a diferentes escolhas posicionais, pode ser obtida;

O bloco 1301 realiza a despropagação temporal, isto é, multiplica cada Nt bits com a sequência de propagação temporal ct e, então, soma-os. Isso é realizado para cada uma das Nf subfaixas de frequência. A Figura 13a apresenta um exemplo. Consideramos os mesmos parâmetros que os descritos na seção anterior, a saber, Nos = 4, Nt = 2 e Ns = 3. A posição de sincronização candidata é marcada. A partir daquele bit, com compensação de Nos, Nt • Ns são obtidos pelo bloco 1301 e despropagados no tempo com a sequência ct, de modo que Ns bits sejam deixados.

No bloco 1302, os bits são multiplicados por elemento com as Ns sequências de propagação (vide Figura 13b).

No bloco 1303, a despropagação de frequência é realizada, a saber, cada bit é multiplicado com a sequência de propagação cf e, então, somado junto à frequência.

Nesse ponto, se as posições de sincronização estiverem corretas, teriamos Ns bits decodificados. Como os bits não são conhecidos ao receptor, o bloco 1304 computa a medida de probabilidade ao considerar valores absolutos dos Ns valores e somas.

A saida do bloco 1304 é, a principio, um correlator não coerente que visa a assinatura de sincronização. Na verdade, ao escolher um Ns pequeno, a saber, o modo de sincronização de mensagem parcial, é possivel utilizar sequências de sincronização (por exemplo, a, b, c) que são mutuamente ortogonais. Ao fazer isso, quando o correlator não estiver corretamente alinhado com a assinatura, sua saida será muito pequena, idealmente, zero. Ao utilizar o modo de sincronização de mensagem completo, aconselha-se utilizar o maior número de sequências de sincronização ortogonais possivel e, então, criar uma assinatura ao escolher cuidadosamente a ordem na qual elas são utilizadas. Nesse caso, a mesma teoria pode ser aplicada quando se busca sequências de propagação com boas funções de autocorrelação. Quando o correlator estiver somente desalinhado discretamente, então, a saida do correlator não será zero, mesmo no caso ideal, mas, de qualquer forma, será menor comparada ao alinhamento perfeito, uma vez que os filtros de análise não podem capturar a energia de sinal de maneira ideal.

3.4.2 COMPUTAÇÃO DE BATIDAS DE SINCRONIZAÇÃO 1204

Esse bloco analisa a saida do correlator de assinatura de sincronização para decidir onde estão as posições de sincronização. Uma vez que o sistema é bastante resistente contra desalinhamentos de até Tb/4 e Tb é normalmente considerado cerca de 40 ms, é possivel integrar a saida de 1201 ao longo do tempo para alcançar uma sincronização mais estável. Uma implementação possivel disso é dada por um filtro IIR aplicado ao longo do tempo com uma resposta de impulso de decaimento exponencialmente. De maneira alternativa, um filtro de movimentação médio FIR tradicional pode ser aplicado. Uma vez que a medição foi realizada, uma segunda correlação ao longo de diferentes Nt*Ns é realizada ("escolha posicionai diferente"). Na verdade, queremos explorar as informações que a função de autocorrelação da função de sincronização é conhecida. Isso corresponde a um estimador de Probabilidade Máxima. A idéia é apresentada na Figura 13c. A curva apresenta a saida do bloco 1201 após a integração temporal. Uma possibilidade de determinar a batida de sincronização é simplesmente encontrar o máximo dessa função. Na Figura 13d, vemos a mesma função (em preto) filtrada com a função de autocorrelação da assinatura de sincronização. A função resultante é traçada em vermelho. Nesse caso, o máximo é mais pronunciado e nos dá a posição da batida de sincronização. Os dois métodos são bastante semelhantes para alta SNR, mas o segundo método se desempenha muito melhor em regimes de SNR inferiores. Uma vez que as batidas de sincronização-foram encontradas, elas são passadas ao extrator de marca d'água 202 que decodifica os dados.

Em algumas realizações, a fim de obter um sinal de sincronização resistente, é realizada a sincronização no modo de sincronização de mensagem parcial com as assinaturas de sincronização curtas. Por esse motivo, muitas decodificações têm de serem feitas, aumentando o risco de detecções de mensagem positiva falsas. Para evitar isso, em algumas realizações, podem ser inseridas sequências de sinalização com uma taxa de bits menor como uma consequência.

Essa abordagem é uma solução ao problema que surge de uma assinatura de sincronização mais curta que a mensagem, que já é tratada na discussão acima da sincronização realçada. Nesse caso, o decodificador não sabe onde uma nova mensagem começa e tenta decodificar em diversos pontos de sincronização. Para distinguir entre mensagens legitimas e positivos falsos, em algumas realizações, uma palavra de sinalização é utilizada (isto é, a carga útil é sacrificada para embutir uma sequência de controle conhecida). Em algumas realizações, uma verificação de plausibilidade é utilizada (de maneira alternativa ou adicional) para distinguir entre as mensagens legitimas e positivos falsos.

3.50 EXTRATOR DE MARCA D'ÁGUA 202

As partes que constituem o extrator de marca d'água 202 são retratadas na Figura 14. Ele tem duas entradas, a saber, 204 e 205 dos blocos 203 e 201, respectivamente. O módulo de sincronização 201 (vide Seção 3.4) provê marcas temporais de sincronização, isto é, as posições no dominio de tempo nas quais uma mensagem candidata começa. Mais detalhes sobre esse assunto são dados na Seção 3.4. O bloco de banco de filtros de análise 203, por outro lado, provê os dados no dominio de tempo/frequência prontos para serem decodificados.

A primeira etapa de processamento, o bloco de seleção de dados 1501, seleciona da entrada 204 a parte identificada como uma mensagem candidata a ser decodificada. A figura 15b apresenta esse procedimento graficamente. A entrada 204 consiste em Nf fluxos de valores reais. Uma vez que o alinhamento de tempo não é conhecido ao decodificador a priori, o bloco de análise 203 realiza uma análise de frequência com uma taxa maior que 1/Tb Hz (sobreamostragem) . Na Figura 15b, utilizamos um fator de sobreamostragem de 4, a saber, 4 vetores de tamanho Nf X 1 são produzidos a cada Tb segundos. Quando o bloco de sincronização 201 identifica uma mensagem candidata, ele libera uma marcação temporal 205 que indica o ponto de inicio de uma mensagem candidata. O bloco de seleção 1501 seleciona as informações necessárias para a decodificação, a saber, uma matriz de tamanho Nf X Nm/Rc. Essa matriz 1501a é dada ao bloco 1502 para processamento adicional.

Os blocos 1502, 1503 e 1504 realizam as mesmas operações dos blocos 1301, 1302 e 1303 explicadas acima na Seção 3.4.

Uma realização alternativa da invenção consiste em evitar as computações feitas em 1502-1504, ao deixar que o módulo de sincronização libere também os dados a serem decodificados. Conceitualmente, isso é um detalhe. A partir do ponto de vista de implementação, é somente um assunto de como os armazenamentos são realizados. Em geral, refazer as computações nos permite ter armazenamentos menores.

O decodificador de canal 1505 realiza a operação inversa do bloco 302. Se o codificador de canal, em uma realização possivel desse módulo, consistiu em um codificador convolucional junto a um entrelaçador, então, o decodificador de canal realizaria o desentrelaçamento e a decodificação convolucional, por exemplo, com o algoritmo bem conhecido de Viterbi. Na saida desse bloco, temos Nmbits, isto é, uma mensagem candidata.

O bloco 1506, o bloco de sinalização e plausibilidade, decide se a mensagem candidata de entrada é de fato uma mensagem ou não. Para fazer isso, diferentes estratégias são possíveis.

A idéia básica é utilizar uma palavra de sinalização (como uma sequência CRC) para distinguir entre mensagens reais e falsas. Entretanto, isso reduz o número de batidas disponíveis como carga útil. De maneira alternativa, podemos utilizar verificações de plausibilidade. Se as mensagens, por exemplo, conterem uma marcação de tempo, as mensagens consecutivas devem ter marcações de tempo consecutivas. Se uma mensagem decodificada possui uma marcação de tempo que não é a ordem correta, podemos descartá-la.

Quando uma mensagem for corretamente detectada, o sistema pode escolher aplicar os mecanismos de antecipação e/ou recordação. Presumimos que foram alcançadas as sincronizações de bit e de mensagem. Presumindo que o usuário não está zapeando, o sistema "antecipa" no tempo e tenta decodificar as mensagens anteriores (se não já decodificadas) utilizando o mesmo ponto de sincronização (abordagem de recordação). Isso é particularmente útil quando o sistema inicia. Ademais, em condições ruins, poder- se-ia considerar duas mensagens para alcançar a sincronização. Nesse caso, a primeira mensagem não tem chance. Com a opção de antecipação, podemos salvar mensagens "boas" que não foram recebidas somente devido à má sincronização. A antecipação é a mesma, mas funciona no futuro. Se temos uma mensagem, agora sabemos onde a próxima mensagem deve estar e podemos tentar decodificá-la de qualquer maneira.

3.6. DETALHES DE SINCRONIZAÇÃO

Para a codificação de uma carga útil, por exemplo, um algoritmo Viterbi pode ser utilizado. A Figura 18a é uma representação gráfica de uma carga útil 1810, uma sequência de encerramento Viterbi 1820, uma carga útil codificada Viterbi 1830 e uma versão codificada por repetição 1840 da carga útil codificada Viterbi. Por exemplo, a extensão da carga útil pode ser de 34 bits e a sequência de encerramento Viterbi pode compreender 6 bits. Se, por exemplo, uma taxa de código Viterbi de 1/7 puder ser utilizada, a carga útil codificada por Viterbi pode compreender (34+6)*7=280 bits. Ainda, ao utilizar uma codificação de repetição de 1/2, a versão codificada por repetição 1840 da carga útil codificada por Viterbi 1830 pode compreender 280*2=560 bits. Nesse exemplo, considerando um intervalo de tempo de bits de 42,66 ms, o comprimento da mensagem seria 23,9 s. O sinal pode ser embutido com, por exemplo, 9 subcarregadores (por exemplo, colocados de acordo com as faixas importantes) de 1,5 a 6 kHz, conforme indicado pelo espectro de frequência apresentado na Figura 18b. De maneira alternativa, também, outro número de subcarregadores (por exemplo, 4, 6, 12, 15 ou um número entre 2 e 20) dentro de uma variação de frequência entre 0 e 20 kHz pode ser utilizado.

A Figura 19 apresenta uma ilustração esquemática do conceito básico 1900 para a sincronização, também denominado sincronização ABC. Apresenta-se uma ilustração esquemática de mensagens não codificadas 1910, uma mensagem codificada 1920 e uma sequência de sincronização (sequência de sinc.) 1930, assim como a aplicação da sincronização a diversas mensagens 1920, uma após a outra.

A sequência de sincronização ou sequência de sinc. mencionada em conexão à explicação desse conceito de sincronização (apresentado nas Figuras 19 a 23) pode ser igual à assinatura de sincronização mencionada antes.

Ainda, a Figura 20 apresenta uma ilustração esquemática da sincronização encontrada ao correlacionar com a sequência de sinc. Se a sequência de sincronização 1930 for menor que a mensagem, mais que um ponto de sincronização 1940 (ou bloco de tempo de alinhamento) pode ser encontrado dentro de uma única mensagem. No exemplo apresentado na Figura 20, quatro pontos de sincronização são encontrados dentro de cada mensagem. Portanto, para cada sincronização encontrada, um decodificador Viterbi (uma sequência de decodificação Viterbi) pode ser iniciado. Dessa maneira, para cada ponto de sincronização 1940, uma mensagem 2110 pode ser obtida, conforme indicado na Figura 21.

Com base nessas mensagens, as mensagens reais 2210 podem ser identificadas por meio de uma sequência CRC (sequência de verificação de redundância ciclica) e/ou uma verificação de plausibilidade, conforme apresentado na Figura 22.

A detecção CRC (detecção de verificação de redundância ciclica) pode utilizar uma sequência conhecida para identificar as mensagens reais do falso positivo. A Figura 23 apresenta um exemplo para uma sequência CRC adicionada ao fim de uma carga útil.

A probabilidade de falso positivo (uma mensagem gerada com base em um ponto de sincronização errado) pode depender do comprimento da sequência CRC e o número de decodificadores Viterbi (número de pontos de sincronização dentro de uma única mensagem) iniciados. Para aumentar o comprimento da carga útil sem aumentar a probabilidade de falso positivo, uma plausibilidade pode ser explorada (teste de plausibilidade) ou o comprimento da sequência de sincronização (assinatura de sincronização) pode ser aumentado.

4. CONCEITOS E VANTAGENS

A seguir, alguns aspectos do sistema discutido acima serão descritos, que são considerados inovadores. Também, a relação desses aspectos aos das tecnologias da técnica anterior será discutida.

4.1. SINCRONIZAÇÃO CONTÍNUA

Algumas realizações permitem uma sincronização contínua. O sinal de sincronização, que denotamos como assinatura de sincronização, é embutido continuamente e em paralelo aos dados por meio de multiplicação com sequências (também designadas como sequências de propagação de sincronização) conhecidas tanto ao lado de transmissão como no de recepção.

Alguns sistemas convencionais utilizam símbolos especiais (diferentes dos utilizados para os dados), enquanto algumas realizações, de acordo com a invenção, não utilizam esses símbolos especiais. Outros métodos clássicos consistem em embutir uma sequência conhecida de bits (preâmbulo) multiplexada em tempo com os dados ou embutir um sinal multiplexado em frequência com os dados.

Entretanto, descobriu-se que a utilização de subfaixas dedicadas para sincronização não é desejada, uma vez que o canal poderia ter entalhes nessas frequências, tornando a sincronização não confiável. Comparado aos outros métodos, nos quais um preâmbulo ou um símbolo especial é multiplexado em tempo com os dados, o método aqui descrito é mais vantajoso, uma vez que o método aqui descrito permite rastrear alterações na sincronização (devido, por exemplo, ao movimento) continuamente.

Além disso, a energia do sinal de marca d'água é inalterado (por exemplo, pela introdução multiplicativa da marca d'água na representação de informações de propagação) e a sincronização pode ser designada independente do modelo psicoacústico e taxa de dados. A extensão no tempo da assinatura de sincronização, que determina a resistência da sincronização, pode ser designada, à vontade, completamente independente da taxa de dados.

Outro método clássico consiste em embutir uma sequência de sincronização multiplexada em código com os dados. Quando comparado a esse método clássico, a vantagem do método aqui descrito é que a energia dos dados não representa um fator de interferência na computação da correlação, trazendo mais resistência. Além disso, ao utilizar a multiplexagem em código, o número de sequências ortogonais disponíveis para a sincronização é reduzido o máximo necessário para os dados.

Para resumir, a abordagem de sincronização continua aqui descrita traz consigo um número amplo de vantagens sobre os conceitos convencionais.

Entretanto, em algumas realizações, de acordo com a invenção, um conceito de sincronização diferente pode ser aplicado.

4.2. PROPAGAÇÃO 2D

Algumas realizações do sistema proposto realizam propagação tanto no dominio de tempo como no de frequência, isto é, uma propagação bidimensional (abreviadamente designada como propagação 2D) . Descobriu-se que isso é vantajoso em relação a sistemas 1D, uma vez que o erro de bits pode ser ainda reduzido ao adicionar redundância, por exemplo, no dominio de tempo.

Entretanto, em algumas realizações, de acordo com a invenção, um conceito de propagação diferente pode ser aplicado.

4.3. CODIFICAÇÃO DIFERENCIAL E DECODIFICAÇÃO DIFERENCIAL

Em algumas realizações, de acordo com a invenção, uma resistência aumentada contra não correspondência de movimento e frequência dos osciladores locais (quando comparados aos sistemas convencionais) é produzida pela modulação diferencial. Descobriu-se que, na verdade, o efeito Doppler (movimento) e as não correspondências de frequência levam a uma rotação da constelação de BPSK (em outras palavras, uma rotação no plano complexo dos bits) . Em algumas realizações, os efeitos prejudiciais dessa rotação da constelação de BPSK (ou qualquer outra constelação de modulação adequada) são evitados ao utilizar uma codificação diferencial ou decodificação diferencial.

Entretanto, em algumas realizações, de acordo com a invenção, um conceito de codificação ou conceito de decodificação diferente pode ser aplicado. Também, em alguns casos, a codificação diferencial pode ser omitida.

4.4. FORMAÇÃO DE BITS

Em algumas realizações, de acordo com a invenção, a formação de bits traz consigo uma melhoria significativa do desempenho do sistema, pois a confiabilidade da detecção pode ser aumentada utilizando um filtro adaptado à formação de bits

De acordo com algumas realizações, o uso da formação de bits em relação à criação de marca d'água junto à confiabilidade aprimorada do processo de criação de marca d'água.

Descobriu-se que resultados particularmente bons podem ser obtidos se a função de formação de bits for maior que o intervalo de bits.

Entretanto, em algumas realizações, de acordo com a invenção, um conceito de formação de bits diferente pode ser aplicado. Também, em alguns casos, a formação de bits pode ser omitida.

4.5. SÍNTESE INTERATIVA ENTRE O MODELO PSICOACÚSTICO (PAM) E BANCO DE FILTROS (FB)

Em algumas realizações, o modelo psicoacústico interage com o modulador para ajustar precisamente as amplitudes que multiplicam os bits.

Entretanto, em algumas outras realizações, essa interação pode ser omitida.

4.6. ASPECTOS DE ANTECIPAÇÃO E RECORDAÇÃO

Em algumas realizações, denominadas abordagens de "Antecipação" e de "Recordação" são aplicadas.

A seguir, esses conceitos serão brevemente resumidos. Quando uma mensagem é corretamente decodificada, presume-se que a sincronização foi alcançada. Presumindo que o usuário não está zapeando, em algumas realizações, uma antecipação no tempo é realizada e se tenta decodificar as mensagens anteriores (se já não decodificadas), utilizando o mesmo ponto de sincronização (abordagem de recordação). Isso é particularmente útil quando o sistema inicia.

Em más condições, poder-se-ia considerar duas mensagens para alcançar a sincronização. Nesse caso, a primeira mensagem não tem chance nos sistemas convencionais. Com a opção de recordação, que é utilizada em algumas realizações da invenção, é possivel salvar (ou decodificar) mensagens "boas" que não foram recebidas somente devido à sincronização de volta.

A antecipação é a mesma, mas funciona no futuro. Se tenho uma mensagem, agora sei onde a minha próxima mensagem deve estar e posso tentar decodificá-la de qualquer modo. Da mesma forma, as mensagens de sobreposição podem ser decodificadas.

Entretanto, em algumas realizações, de acordo com a invenção, o aspecto de antecipação e/ou o aspecto de recordação podem ser omitidos.

4.7. RESISTÊNCIA DE SINCRONIZAÇÃO AUMENTADA

Em algumas realizações, a fim de obter um sinal de sincronização forte, a sincronização é realizada no modo de sincronização de mensagem parcial com assinaturas de sincronização curtas. Por esse motivo, muitas decodificações têm de serem feitas, aumentando o risco de detecções de mensagens positivas falsas. Para evitar isso, em algumas realizações, podem ser inseridas sequências da sinalização nas mensagens com uma taxa de bits menor, como consequência.

Entretanto, em algumas realizações, de acordo com a invenção, um conceito diferente para melhorar a resistência da sincronização pode ser aplicado. Também, em alguns casos, o uso de quaisquer conceitos para aumentar a resistência da sincronização pode ser omitido.

4.8. OUTRAS MELHORIAS

A seguir, algumas outras melhorias gerais do sistema descrito acima em relação à técnica anterior serão apresentadas e discutidas: 1. complexidade computacional menor 2. melhor qualidade de áudio devido ao melhor modelo psicoacústico 3. mais resistência em ambientes reverberantes devido aos sinais multi-carregadores de faixa estreita 4. uma estimativa de SNR é evitada em algumas realizações. Isso permite melhor resistência, especialmente, em regimes de SNR baixos.

Algumas realizações, de acordo com a invenção, são melhores que os sistemas convencionais, que utilizam amplitudes de faixa muito estreitas, por exemplo, de 8 Hz devido aos seguintes motivos: 1. amplitudes de faixa de 8 Hz (ou uma amplitude de faixa muito estreita semelhante) requerem simbolos de tempo muito longos porque o modelo psicoacústico permite muito pouca energia para torná-lo inaudível; 2. 8 Hz (ou uma amplitude de faixa muito estreita semelhante) se torna sensivel em relação a espectros de Doppler que variam no tempo. Da mesma forma, esse sistema de faixa estreita não é tipicamente bom o suficiente se implementado, por exemplo, em um relógio.

Algumas realizações, de acordo com a invenção, são melhores que outras tecnologias devido aos seguintes motivos: 1. Técnicas que inserem um eco falham completamente em ambientes reverberantes. Ao contrário, em algumas realizações da invenção, a introdução de um eco é evitada. 2. Técnicas que utilizam somente propagação de tempo têm duração de mensagem maior em comparação às realizações do sistema descrito acima, no qual uma propagação bidimensional, por exemplo, tanto em tempo como em frequência, é utilizada.

Algumas realizações, de acordo com a invenção, são melhores que o sistema descrito no documento DE 196 40 814, pois uma ou mais das seguintes desvantagens do sistema de acordo com o dito documento são superadas: • a complexidade no decodificador, de acordo com o documento DE 196 40 814 é muito alta, um filtro de comprimento 2N com N = 128 é utilizado • o sistema, de acordo com o documento DE 196 40 814, compreende uma duração de mensagem longa • no sistema, de acordo com o documento DE 196 4 0 814 , a propagação somente no dominio de tempo com ganho de propagação relativamente alto (por exemplo, 128) • no sistema, de acordo com o documento DE 196 40 814, o sinal é gerado no dominio de tempo, transformado ao dominio espectral, ponderado, transformado de volta ao dominio de tempo e sobreposto ao áudio, o que torna o sistema muito complexo

5. APLICAÇÕES

A invenção compreende um método para modificar um sinal de áudio, a fim de ocultar dados digitais e um decodificador correspondente capaz de recuperar essas informações, enquanto a qualidade percebida do sinal de áudio modificado permanece indistinguível a do original.

Exemplos de aplicações possíveis da invenção são dados a seguir: 1. Monitoramento de transmissão: uma informação contendo marca d'água, por exemplo, sobre a estação e tempo é oculta no sinal de áudio de programas de rádio ou de televisão. Os decodificadores, incorporados em dispositivos pequenos utilizados por sujeitos de teste, são capazes de recuperar a marca d'água e, assim, coletar informações valiosas para agências de propaganda, a saber, quem assistiu ao programa e quando. 2. Auditoria: uma marca d'água pode ser oculta, por exemplo, em propagandas. Ao monitorar automaticamente as transmissões de uma determinada estação, então, é possivel saber quando exatamente a propaganda foi transmitida. De maneira semelhante, é possivel recuperar informações estatísticas sobre os cronogramas de programação de diferentes rádios, por exemplo, com que frequência uma determinada faixa musical é tocada etc. 3. Embutimento de metadados: o método proposto pode ser utilizado para ocultar informações digitais sobre a faixa de música ou programa, por exemplo, o nome e o autor da faixa ou a duração do programa etc.

6, ALTERNATIVAS DE IMPLEMENTAÇÃO

Embora alguns aspectos tenham sido descritos no contexto de um equipamento, é claro que esses aspectos também representam uma descrição do método correspondentes, onde um bloco ou dispositivo corresponde a uma etapa do método ou um aspecto de uma etapa do método. De maneira análoga, os aspectos descritos no contexto de uma etapa de método também representam uma descrição de um bloco ou item ou aspecto correspondente de um equipamento correspondente. Algumas ou todas as etapas do método podem ser executadas por (ou utilizando) um equipamento de hardware, como, por exemplo, um microprocessador, um computador programável ou um circuito eletrônico. Em algumas realizações, alguma ou mais das etapas do método mais importantes podem ser executadas por esse equipamento.

O sinal de marca d'água codificado da invenção ou um sinal de áudio no qual o sinal de marca d'água está embutido pode ser armazenado em um meio de armazenamento digital ou pode ser transmitido em um meio de transmissão, como meio de transmissão sem fio ou um meio de transmissão cabeado, como a Internet.

Dependendo de determinadas necessidades de implementação, as realizações da invenção podem ser implementadas em hardware ou em software. A implementação pode ser realizada utilizando um meio de armazenamento digital, por exemplo, um disquete, um DVD, um Blu-Ray, um CD, uma ROM, uma PROM, uma EPROM, uma EEPROM, ou uma memória FLASH, que tem sinais de controle legiveis eletronicamente armazenados nele, que cooperam (ou são capazes de cooperar) com um sistema de computador programável, de modo que o respectivo método seja realizado. Portanto, o meio de armazenamento digital pode ser legivel por computador.

Algumas realizações, de acordo com a invenção, compreendem um carregador de dados que tem sinais de controle legiveis eletronicamente, que são capazes de cooperar com um sistema de computador programável, de modo que um dos métodos aqui descritos seja realizado.

De modo geral, as realizações da presente invenção podem ser implementadas como um produto de programa de computador com um código de programa, o código de programa sendo operado para realizar um dos métodos quando o produto de programa de computador executar em um computador. O código de programa pode, por exemplo, ser armazenado em um carregador legível por máquina.

Outras realizações compreendem o programa de computador para realizar um dos métodos aqui descritos, armazenado em um carregador legível por máquina.

Em outras palavras, uma realização do método da invenção é, portanto, um programa de computador tendo um código de programa para realizar um dos métodos aqui descritos quando o programa de computador executar em um computador.

Uma realização adicional dos métodos da invenção é, portanto, um carregador de dados (ou um meio de armazenamento digital ou um meio legível por computador) compreendendo, gravado nele, o programa de computador para realizar um dos métodos aqui descritos.

Uma realização adicional do método da invenção é, portanto, um fluxo de dados ou uma sequência de sinais que representam o programa de computador para realizar um dos métodos aqui descritos. O fluxo de dados ou a sequência de sinais pode, por exemplo, ser configurado para ser transferido por meio de uma conexão de comunicação de dados, por exemplo, por meio da Internet.

Uma realização adicional compreende meios de processamento, por exemplo, um computador ou um dispositivo de lógica programável, configurados ou adaptados para realizar um dos métodos aqui descritos.

Uma realização adicional compreende um computador tendo instalado em si o programa de computador para realizar um dos métodos aqui descritos.

Em algumas realizações, um dispositivo de lógica programável (por exemplo, uma matriz de porta de campo programável) pode ser utilizado para realizar alguma ou todas as funcionalidades dos métodos aqui descritos. Em algumas realizações, uma matriz de porta de campo programável pode cooperar com um microprocessador, a fim de realizar um dos métodos aqui descritos. De modo geral, os métodos são preferivelmente realizados por qualquer equipamento de hardware.

As realizações descritas acima são meramente ilustrativas para os princípios da presente invenção. Entende-se que modificações e variações das disposições e detalhes aqui descritos serão aparentes aos técnicos no assunto. Pretende-se, portanto, limitar-se somente pelo escopo das reivindicações da patente iminentes e não pelos detalhes específicos apresentados a titulo de descrição e explicação das realizações aqui.

Claims (19)

1. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA (101; 2400) PARA PROVER UM SINAL DE MARCA D’ÁGUA (101B; 2420) EM DEPENDÊNCIA DE DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS (101A, M; 2410), o gerador de marca d’água é caracterizado por compreender: um processador de informações (303,304,305; 2430) configurado para prover, em dependência de unidades de informações dos dados de mensagem binários, uma primeira representação de domínio de frequência e tempo (b(i,j); 2432), cujos valores representam os dados de mensagem binários; e um codificador diferencial (306; 2440) configurado para derivar uma segunda representação de domínio de frequência e tempo (306a, bdif(i,j); 2442) da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que a segunda representação de domínio de frequência e tempo compreenda uma pluralidade de valores, em que uma diferença entre dois valores (bdif(i,j), bdif (i,j-1)) da segunda representação de domínio de frequência e tempo representa um valor correspondente da primeira representação de domínio de frequência e tempo, a fim de obter uma codificação diferencial dos valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e um provedor de sinal de marca d’água (307; 2450) configurado para prover o sinal de marca d’água com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo.

2. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o processador de informações ser configurado para prover a primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo representem os dados de mensagem binários na forma de um padrão binário de propagação; e em que o codificador diferencial é configurado para derivar a segunda representação de domínio de frequência e tempo, de modo que uma alteração de fase entre dois valores subsequentes da segunda representação de domínio de frequência e tempo seja introduzida, se um valor correspondente da primeira representação de domínio de frequência e tempo obtiver um primeiro valor, e de modo que não haja alteração de fase entre dois valores subsequentes da segunda representação de domínio de frequência e tempo, se um valor correspondente da primeira representação de domínio de frequência e tempo obtiver um segundo valor, que é diferente do primeiro valor.

3. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o processador de informações ser configurado para prover um valor de bit bdif (i,j), associado à iésima faixa de frequência e ao j-ésimo bloco de tempo da segunda representação de domínio de frequência e tempo, de modo que bdif (i,j) = bdif (i,j-1)-b (i,j), em que bdif (i,j-1) designa um valor de bit associado à iésima faixa de frequência e ao j-1-ésimo bloco de tempo da segunda representação de domínio de frequência e tempo; em que b (i,j) designa um valor de bit associado à iésima faixa de frequência e ao j-ésimo bloco de tempo da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e em que os estados binários da primeira representação de domínio de frequência e tempo são representados pelos valores +1 e -1.

4. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o provedor de sinal de marca d’água ser configurado para prover um sinal de áudio combinado (107) com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo, de modo que um componente de marca d’água do sinal de marca d’água compreenda uma alteração de fase simples ou por etapa em resposta a um primeiro valor da primeira representação de domínio de frequência e tempo, e de modo que o componente de frequência de marca d’água do sinal de marca d’água compreenda uma fase temporalmente constante em resposta a um segundo valor da primeira representação de domínio de frequência e tempo, que é diferente do primeiro valor.

5. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o provedor de sinal de marca d’água ser configurado para prover uma primeira forma de onda de formação de bits (giT(t)) em resposta a um primeiro valor da segunda representação de domínio de frequência e tempo, e para prover uma segunda forma de onda de formação de bits (-giT(t)) em resposta a um segundo valor da segunda representação de domínio de frequência e tempo, e em que o provedor de sinal de marca d’água é configurado para incluir no sinal de marca d’água uma sobreposição ponderada ou não ponderada de versões de tempo trocado da mesma forma de onda de formação de bits em resposta à presença de um primeiro valor na primeira representação de domínio de frequência e tempo, e para incluir no sinal de marca d’água uma sobreposição ponderada ou não ponderada de versões de tempo trocado da primeira forma de onda de formação de bits e da segunda forma de onda de formação de bits em resposta à presença de um segundo valor, que é diferente do primeiro valor, na primeira representação de domínio de frequência e tempo.

6. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a segunda forma de onda de formação de bits é um inverso da primeira forma de onda de formação de bits.

7. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA (200; 2500) PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS (202A; 2520) EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA (200a; 2510), o decodificador de marca d’água é caracterizado por compreender: um provedor de representação de domínio de frequência e tempo (1600; 2530) configurado para prover uma primeira representação de domínio de frequência e tempo (binorm(j); 2532) do sinal com marca d’água; um decodificador diferencial (1608; 2540) configurado para derivar uma segunda representação de domínio de frequência e tempo ( bi( j) ; 2542) da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (binorm(j), binorm(j-1) da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e um determinador de sincronização (201; 2550) configurado para obter informações de sincronização (205; 2552) com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo; e um extrator de marca d’água (202; 2560) configurado para extrair os dados de mensagem binários da primeira representação de domínio de frequência e tempo do sinal com marca d’água ou da segunda representação de domínio de frequência e tempo do sinal com marca d’água utilizando as informações de sincronização.

8. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA (200; 2600)PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS (202A; 2620) EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA (200a; 2610), o decodificador de marca d’água é caracterizado por compreender: um provedor de representação de domínio de frequência e tempo (1600; 2630) configurado para prover uma primeira representação de domínio de frequência e tempo (binorm(j); 2632) do sinal com marca d’água; um decodificador diferencial (1608; 2640) configurado para derivar uma segunda representação de domínio de frequência e tempo ( bi( j) ; 2542) da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (binorm(j), binorm(j-1) da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e um extrator de marca d’água (202; 2650) configurado para extrair os dados de mensagem binários da segunda representação de domínio de frequência e tempo.

9. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com a reivindicação 7 ou reivindicação 8, caracterizado por o provedor de representação de domínio de frequência e tempo ser configurado para prover, para uma pluralidade de faixas de frequência e para uma pluralidade de intervalos de tempo, coeficientes de bits simples (biAFB(j), binorm(j)) que descrevem uma amplitude e uma fase do sinal com marca d’água nas respectivas faixas de frequência e intervalos de tempo; e em que o decodificador diferencial é configurado para determinar um valor ( bi( j) ) da segunda representação de domínio de frequência e tempo associado a uma determinada faixa de frequência (fi) e um determinado intervalo de tempo (j) com base em dois valores correspondentes (binorm(j), binorm(j-1) da primeira representação de domínio de frequência e tempo.

10. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com uma das reivindicações 7 a 9, em que o decodificador de marca d’água é caracterizado por compreender um filtro de análise (1600) configurado para convolver o sinal com marca d’água ou uma versão downmixada deste com uma primeira função de formação de bits (giR(t)); e em que o decodificador de marca d’água é configurado para amostrar no tempo um resultado da convolução, a fim de obter valores diferentes no tempo da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e em que o decodificador de marca d’água é configurado para ajustar uma cronometragem utilizada para amostrar o resultado da convolução em uma resolução de subintervalo de bit em dependência de informações de sincronização, a fim de maximizar uma proporção entre sinal e ruído e minimizar uma proporção de interferência de símbolo.

11. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA, de acordo com uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado por o decodificador diferencial ser configurado para derivar a segunda representação de domínio de frequência e tempo independentemente para diferentes faixas de frequência (fi), de modo que diferentes rotações de fase do sinal com marca d’água em diferentes faixas de frequência sejam compensadas independentemente pelo decodificador diferencial; e em que o determinador de sincronização ou o detector de marca d’água é configurado para processar unidamente um conjunto de valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo associados a uma determinada parcela de tempo e diferentes faixas de frequência, para obter informações de sincronização ou um bit dos dados de mensagem binários.

12. DISPOSITIVO DE AVALIAÇÃO DE MARCA D’ÁGUA PORTÁTIL (2700), caracterizado por compreender: um microfone (2710) configurado para prover um sinal elétrico de microfone (2712); e um decodificador de marca d’água (2720), de acordo com uma das reivindicações 7 a 11, em que o decodificador de marca d’água é configurado para receber um sinal de microfone como o sinal com marca d’água.

13. MÉTODO (2800) PARA PROVER UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA EM DEPENDÊNCIA DE DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS, o método é caracterizado por compreeender: provisão (2810), em dependência de unidades de informações dos dados de mensagem binários, de uma primeira representação de domínio de frequência e tempo, cujos valores representam os dados de mensagem binários; derivação (2820) de uma segunda representação de domínio de frequência e tempo da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que a segunda representação de domínio de frequência e tempo compreenda uma pluralidade de valores, em que uma diferença entre dois valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo representa um valor correspondente da primeira representação de domínio de frequência e tempo, a fim de obter uma codificação diferencial dos valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e provisão (2830) do sinal de marca d’água com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo.

14. MÉTODO (2900) PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA, o método é caracterizado por compreender: provisão (2910) de uma primeira representação de domínio de frequência e tempo do sinal com marca d’água; derivação (2920) de uma segunda representação de domínio de frequência e tempo da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e utilização (2930) da segunda representação de domínio de frequência e tempo para determinar informações de sincronização, que são utilizadas para prover os dados de mensagem binários ou para extrair os dados de mensagem binários do sinal com marca d’água.

15. GERADOR DE MARCA D’ÁGUA (101; 2400) PARA PROVER UM SINAL DE MARCA D’ÁGUA (101B; 2420) EM DEPENDÊNCIA DE DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS (101A, M; 2410), o gerador de marca d’água é caracterizado por compreender: um processador de informações (303,304,305; 2430) configurado para propagar os dados de mensagem binários a uma pluralidade de faixas de frequência ou subfaixas de frequência e para prover, em dependência de unidades de informações dos dados de mensagem binários, uma primeira representação de domínio de frequência e tempo (b(i,j); 2432), cujos valores representam os dados de mensagem binários para uma pluralidade de faixas de frequência ou subfaixas de frequência e blocos de tempo; e um codificador diferencial (306; 2440) configurado para derivar uma segunda representação de domínio de frequência e tempo (306a, bdif(i,j); 2442) da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que a segunda representação de domínio de frequência e tempo compreenda uma pluralidade de valores, em que um valor bdif(i,j) da segunda representação de domínio de frequência e tempo é uma função de um valor bdif(i,j-1) da segunda representação de domínio de frequência e tempo e de um valor b(i,j) da primeira representação de domínio de frequência e tempo e em que uma diferença entre dois valores (bdif(i,j), bdif (i,j-1)) da segunda representação de domínio de frequência e tempo representa um valor correspondente da primeira representação de domínio de frequência e tempo, a fim de obter uma codificação diferencial dos valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e um provedor de sinal de marca d’água (307; 2450) configurado para prover o sinal de marca d’água com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo.

16. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA (200; 2500) PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS (202a; 2520) EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA (200a; 2510), o decodificador de marca d’água é caracterizado por compreender: um provedor de representação de domínio de frequência e tempo (1600; 2530) configurado para prover uma primeira representação de domínio de frequência e tempo (binorm(j); 2532) do sinal com marca d’água, em que os valores binorm(j) da primeira representação de domínio de frequência e tempo compreendem informações sobre a fase de componentes de sinal na frequência fi e momento j; um decodificador diferencial (1608; 2540) configurado para derivar uma segunda representação de domínio de frequência e tempo ( bi( j) ; 2542) da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (binorm(j), binorm(j-1) da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e um determinador de sincronização (201; 2550) configurado para obter informações de sincronização (205; 2552) com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo; e um extrator de marca d’água (202; 2560) configurado para extrair os dados de mensagem binários da primeira representação de domínio de frequência e tempo do sinal com marca d’água ou da segunda representação de domínio de frequência e tempo do sinal com marca d’água utilizando as informações de sincronização.

17. DECODIFICADOR DE MARCA D’ÁGUA (200; 2600)PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS (202a; 2620) EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA (200a; 2610), o decodificador de marca d’água é caracterizado por compreender: um provedor de representação de domínio de frequência e tempo (1600; 2630) configurado para prover uma primeira representação de domínio de frequência e tempo (binorm(j); 2632) do sinal com marca d’água, em que os valores binorm(j) da primeira representação de domínio de frequência e tempo compreendem informações sobre a fase de componentes de sinal na frequência fi e momento j; um decodificador diferencial (1608; 2640) configurado para derivar uma segunda representação de domínio de frequência e tempo ( bi( j) ; 2542) da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes (binorm(j), binorm(j-1) da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e um extrator de marca d’água (202; 2650) configurado para extrair os dados de mensagem binários da segunda representação de domínio de frequência e tempo.

18. MÉTODO (2800) PARA PROVER UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA EM DEPENDÊNCIA DE DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS, o método é caracterizado por compreender: propagação dos dados de mensagem binários a uma pluralidade de faixas de frequência ou subfaixas de frequência, para prover (2810), em dependência de unidades de informações dos dados de mensagem binários, uma primeira representação de domínio de frequência e tempo, cujos valores representam os dados de mensagem binários para uma pluralidade de faixas de frequência ou subfaixas de frequência e blocos de tempo; derivação (2820) de uma segunda representação de domínio de frequência e tempo da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que a segunda representação de domínio de frequência e tempo compreenda uma pluralidade de valores, em que um valor bdif(i,j) da segunda representação de domínio de frequência e tempo é uma função de um valor bdif(i,j-1) da segunda representação de domínio de frequência e tempo e de um valor b(i,j) da primeira representação de domínio de frequência e tempo e em que uma diferença entre dois valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo representa um valor correspondente da primeira representação de domínio de frequência e tempo, a fim de obter uma codificação diferencial dos valores da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e provisão (2830) do sinal de marca d’água com base na segunda representação de domínio de frequência e tempo.

19. MÉTODO (2900) PARA PROVER DADOS DE MENSAGEM BINÁRIOS EM DEPENDÊNCIA DE UM SINAL COM MARCA D’ÁGUA, o método é caracterizado por compreender: provisão (2910) de uma primeira representação de domínio de frequência e tempo do sinal com marca d’água, em que os valores binorm(j) da primeira representação de domínio de frequência e tempo compreendem informações sobre a fase de componentes de sinal na frequência fi e momento j; derivação (2920) de uma segunda representação de domínio de frequência e tempo da primeira representação de domínio de frequência e tempo, de modo que os valores da segunda representação de domínio de frequência e tempo sejam dependentes das diferenças de fase entre dois valores correspondentes da primeira representação de domínio de frequência e tempo; e utilização (2930) da segunda representação de domínio de frequência e tempo para determinar informações de sincronização, que são utilizadas para prover os dados de mensagem binários ou para extrair os dados de mensagem binários do sinal com marca d’água.

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