BR112012021533B1

BR112012021533B1 - provedor de sinal de marca d'agua e método para prover um sinal de marca d'agua

Info

Publication number: BR112012021533B1
Application number: BR112012021533-7A
Authority: BR
Inventors: Reinhard Zitzmann; Stefan WABNIK; Joerg Pickel; Bert Greevenbosch; Ernst Eberlein; Bernhard Grill; Stefan Krägeloh; Giovanni Del Galdo; Tobias Bliem; Juliane Borsum; Marco Breiling
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2020-11-10
Also published as: EP2539891B8; RU2012140871A; JP2013520696A; KR20120128149A; MY161513A; US20130261778A1; US9214159B2; ZA201206357B; KR101401174B1; SG183486A1; CA2790973A1; WO2011104283A1; CN102859585B; EP2539891B1; AU2011219796B2; AU2011219796A1; PL2539891T3; BR112012021533A2; EP2539891A1; HK1180445A1

Abstract

PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA E MÉTODO PARA PROVER UM SINAL DE MARCA D'ÁGUA. Um provedor de sinal de marca d'água para prover um sinal de marca d'água em dependência de uma representação de domínio de frequência e tempo de dados de marca d'água, em que a representação de domínio de frequência e tempo compreende valores associados a subfaixas de frequência e intervalos de bit, o provedor de sinal de marca d'água compreende um provedor de forma de onda de domínio de frequência e tempo para prover formas de onda de domínio de tempo para uma pluralidade de subfaixas de frequência e tempo dos dados de marca d'água. O provedor de forma de onda de domínio de frequência e tempo é configurado para mapear um determinado valor da representação de domínio de frequência e tempo em uma função de formação de bits. Uma extensão temporal da função de formação de bits é maior que o intervalo de bits associado ao determinado valor da representação de domínio de frequência e tempo, de modo que haja uma sobreposição temporal entre funções formadas por bits providas para valores temporalmente subsequentes da representação de domínio de (...).

Description

DESCRIÇÃO CAMPO TÉCNICO

As realizações de acordo com a presente invenção se referem a um provedor de sinal de marca d'água para prover um sinal de marca d'água em dependência de uma representação de dominio de frequência e tempo de dados de marca d'água. Outrasrealizações se referem a um método para prover um sinal de marcad'água em dependência de uma representação de dominio defrequência e tempo de dados de marca d'água.

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 aos dados principais (por exemplo, dados de áudio, dados de video, dados de imagem fixa, dados de medição, dados de texto e assim por diante), de modo que não seja perceptível por um usuário dos ditos dados.

Também, em alguns casos, é desejável incluir os dados extras, de modo que os dados extras não sejam facilmente removíveis 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 nasquais é desejável implementar um gerenciamento de direitos4 digitais.

Entretanto, às vezes, é simplesmente desejado adicionarinformações paralelas substancialmente imperceptíveis aos dadosúteis.

Por exemplo, em alguns casos, é desejável adicionarinformações paralelas a dados de áudio, de modo que as informaçõesparalelas provejam uma informação sobre a fonte dos dados deáudio, o conteúdo dos dados de áudio, direitos relacionados aosdados de áudio e assim por diante.

Para embutir dados extras aos dados úteis ou"dados principais", um conceito denominado "criação de marcad'água" pode ser utilizado.

Os conceitos de criação de marcad'água foram discutidos na literatura para muitos tipos diferentesde dados úteis, como dados de áudio, dados de imagem fixa, dadosde video, dados de texto e assim por diante.

A seguir, algumas referências serão dadas, nasquais os conceitos de criação de marca d'água são discutidos.

Entretanto, a atenção do leitor também é destinada ao amplo campode literatura de livros e publicações relacionadas à criação demarca d'água para detalhes adicionais.

O documento DE 196 40 814 C2 descreve um métodode codificação para introduzir um sinal de dados não audivel em umsinal de áudio e um método para decodificar um sinal de dados, queé incluido em um sinal de áudio em uma forma não audivel.

O métodode codificação para introduzir um sinal de dados não audivel em umsinal de áudio compreende converter o sinal de áudio no dominioespectral.

O método de codificação também compreende determinar olimite de mascaramento do sinal de áudio e a provisão de um sinal • de pseudoruido. O 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 inaudivel 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 de 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 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 dediversos componentes de frequência no sinal de áudio mascararem o* componente de frequência de código à audição humana são avaliadase, com base nessas avaliações, é atribuída uma amplitude aocomponente de frequência de código.

Os métodos e equipamentos paradetectar um código em um sinal de áudio codificado também sãodescritos. Um componente de frequência de código no sinal de áudiocodificado é detectado com base em uma amplitude de códigoesperada ou uma amplitude de ruido dentro de uma variação defrequências de áudio, incluindo a frequência do componente decódigo.

O documento WO 94/11989 descreve um método eequipamento para codificar/decodificar segmentos de transmissão ougravados e monitorar a exposição de audiência a ele. São descritosmétodos e equipamento para codificar e decodificar informações emsinais de segmento de transmissão ou gravados.

Em uma realizaçãodescrita no documento, um sistema de monitoramento de audiênciacodifica as informações de identificação na parte do sinal deáudio de um segmento de transmissão ou gravado utilizandocodificação de espectro de propagação. O dispositivo demonitoramento recebe uma versão acusticamente reproduzida do sinalde transmissão ou gravado por meio de um microfone, decodifica asinformações de identificação da parte do sinal de áudio, apesar doruido ambiente significativo, e armazena essas informações,provendo automaticamente um diário para o membro de audiência, queé, depois, atualizado a uma instalação centralizada.

Umdispositivo de monitoramento separado decodifica as informaçõesadicionais 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.No entanto, nos sistemas de conhecidos de criação de marca d'água, um sinal de marca d'água é baseado em uma pluralidade de formas de onda adjacentes de dominio de tempo, em que uma máxima energia destas formas de onda é limitada, uma vez que o sinal de marca d'água deve ser mantido inaudivel.

Porém, uma baixa energia da forma de onda e, portanto, do sinal de marca d'água, leva a uma detecção mais dificil do sinal de marca d'água e pode levar a erros de bit e, portanto, uma baixa resistência do * sinal de marca d'água.Tendo em vista esta situação, é o objetivo da, presente invenção criar um conceito para prover um sinal de marcad'água que permita uma decodificação mais fácil do sinal de marcad'água no lado de um receptor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo é alcançado por um provedor de sinalde marca d'água de acordo com a reivindicação 1, um método paraprover um sinal de marca d'água de acordo com a reivindicação 10 eum programa de computador de acordo com a reivindicação 11.Uma realização de acordo com a presente invençãocria um provedor de sinal de marca d'água para prover um sinal demarca d'água em dependência de uma representação de dominio defrequência e tempo de dados de marca d'água.

A representação dedominio de frequência e tempo compreende valores associados asubfaixas de frequência e intervalos de bit.

O provedor de sinalde marca d'água compreende um provedor de forma de onda de dominiode frequência e tempo e um combinador de forma de onda de dominiode tempo.

O provedor de forma de onda de dominio de frequência etempo é configurado para mapear um determinado valor darepresentação de dominio de frequência e tempo em uma função deformação de bits. Uma extensão temporal da função de formação debits é maior que o intervalo de bits associado ao determinadovalor da representação de dominio de frequência e tempo, de modoque haja uma sobreposição temporal entre funções formadas por bitsprovidas para valores temporalmente subsequentes da representaçãode dominio de frequência e tempo da mesma subfaixa de frequência.

O provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo é

* ainda configurado de modo que uma forma de onda de dominio detempo de uma determinada subfaixa de frequência contenha uma, pluralidade de funções formadas por bits providas para valorestemporalmente subsequentes da representação de dominio defrequência e tempo da mesma faixa de frequência. O combinador deforma de onda de dominio de tempo é configurado para combinar asformas de onda providas para a pluralidade de frequências doprovedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo paraderivar o sinal de marca d'água.

A idéia principal da presente invenção não ésomente correlacionar valores binários (ou seja, valores bináriosda mesma subfaixa de frequência e de intervalos de bitssubsequentes) de uma representação de dados de marca d'água, porémtambém correlacionar as funções formadas por bits correspondentesa estes valores entre si. Desta forma, uma redundância no sinalcom marca d'água é adicionada, o que permite uma decodificaçãomais fácil no lado de um receptor, sem elevar a energia do sinalde marca d'água.

Além disso, a resistência do sinal de marcad'água é maior.Esta correlação da função formada por bits éobtida nas realizações pela função de formação de bits, em que umaextensão temporal da função de formação de bits é maior que umtempo de bit de valores correspondentes da representação dedominio de frequência e tempo.

Portanto, um decodificador para o sinal de marcad'água no lado de um receptor pode ser feito de forma mais fácil emenos complexa que um decodificador para um sistema convencionalde criação de marca d'água. Além disso, uma chance de obter uma informação correta de marca d'água a partir de um sinal obtidopode ser maior, especialmente em ambientes com ruido.

Os valores da representação de dominio defrequência e tempo de dados de marca d'água podem ser valoresbinários, em que um valor corresponde a uma subfaixa de frequênciae um intervalo de bits.

Em uma realização, o provedor de forma de onda dedominio de frequência e tempo é configurado para prover uma funçãoformada por bits para cada um dos valores da representação dedominio de frequência e tempo, em que o provedor de forma de ondade dominio de frequência e tempo é configurado de modo que asfunções formadas por bits de valores adjacentes da mesma faixa defrequência se sobreponham e portanto, uma correlação de funçõesformadas por bits de valores adjacentes é alcançada.

Em uma realização, o provedor de forma de onda dedominio de frequência e tempo pode ser configurado de modo que umafunção formada por bits provida para um determinado valor darepresentação de dominio de frequência e tempo seja sobreposta poruma função formada por bits de um valor temporalmente anterior damesma subfaixa de frequência como o determinado valor darepresentação de dominio de frequência e tempo e por uma funçãoformada por bits de um valor temporalmente seguinte da mesmasubfaixa de frequência como o valor determinado da representaçãode dominio de frequência e tempo, de modo que uma forma de onda dedominio de tempo provida pelo provedor de forma de onda de dominiode frequência e tempo contenha uma sobreposição entre pelo menostrês funções formadas por bits temporalmente subsequentes da mesmasubfaixa de frequência. Em outras palavras, uma forma de onda dedominio de tempo de uma determinada subfaixa de frequência está emum determinado intervalo de bits pelo menos com base em uma„ primeira função formada por bits de um primeiro valorcorrespondente à determinada subfaixa de frequência e aodeterminado intervalo de tempo, em uma segunda função formada porbits de um segundo valor correspondente à determinada subfaixa defrequência e um intervalo de tempo temporalmente anterior e em umaterceira função formada por bits de um terceiro valorcorrespondente à subfaixa de frequência determinada e um intervalode tempo temporalmente seguinte.Em uma realização, uma extensão temporal de umafunção de formação de bits pode ser uma faixa temporal, na qual afunção de formação de bits compreende valores diferentes de zero.

Além disso, a faixa temporal, na qual a função de formação de bitscompreende valores diferentes de zero, pode ter pelo menos trêsintervalos de bits de comprimento.Uma função de formação de bits também pode serchamada de função de criação de bits e pode ser diferente paracada subfaixa de frequência da representação de dominio defrequência e tempo dos dados de marca d'água.

Desta forma,portanto, obtém-se uma filtragem diferente (formação de bits) paradiferentes subfaixas de frequência.

Em uma realização, uma função de formação de bitspode ser baseada em um sinal periódico modulado por amplitude. Umamodulação por amplitude do sinal periódico modulado por amplitudepode ser baseado em uma função de faixa de base.

Uma extensãotemporal da função de formação de bits pode ser baseada na funçãode faixa de base. Portanto, uma extensão temporal da função de faixa de base, em que a função de faixa de base contém valoresdiferentes de zero, é maior que o intervalo de bits.

A função de> faixa de base pode ser idêntica a valores de uma mesma faixa defrequência da representação de dominio de frequência e tempo dosdados de marca d'água.

Em uma realização, a função de faixa de base éidêntica para uma pluralidade ou todas as subfaixas de frequênciada representação de dominio de frequência e tempo. Em outraspalavras, a função de faixa de base pode ser a mesma para umapluralidade de valores ou todos os valores da representação dedominio de frequência e tempo.

Se a função de faixa de base foridêntica para cada subfaixa, é possivel uma implementação maiseficiente no lado de um decodificador.Em uma realização, um fator de modulação poramplitude de uma função de formação de bits pode ser uma função dedominio de tempo de faixa de base, por exemplo, como uma função defiltro.

A função de faixa de base pode ser idêntica para valoresde uma mesma faixa de frequência da representação de dominio defrequência e tempo dos dados de marca d'água.Em uma realização, uma parte periódica de umafunção de formação de bits de uma determinada subfaixa defrequência pode ser baseada em uma função cosseno, com base em umafrequência que é uma frequência central da determinada subfaixa defrequência.

Em uma realização, o provedor de sinal de marcad'água compreende ainda um sintonizador de peso, por exemplo, ummódulo de processamento psicoacústico, que é configurado parasintonizar um peso (e portanto, uma amplitude) de cada função formada por bits para cada valor da representação de dominio detempo dos dados de marca d'água. O sintonizador de peso pode ser» configurado para maximizar uma energia de uma função formada porbits de um determinado valor em relação à inaudibilidade do sinalde marca d'água.

Em outras palavras, o sintonizador de peso podeser configurado para sintonização fina dos pesos para atribuir omáximo de energia possivel à marca d'água, enquanto a mantéminaudivel.Em uma realização, o sintonizador de peso podeser configurado para sintonizar os pesos em um processo iterativocontrolado pelo sintonizador de peso.

O sintonizador de peso pode,portanto, ajustar cada função formada por bits provida a partir doprovedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo, demodo que cada função formada por bits tenha uma energia máxima(porém, evidentemente, permanece inaudivel) e, portanto, é melhorde detectar no lado de um decodificador.Em uma realização, uma forma de onda de dominiode tempo de uma determinada subfaixa de frequência é uma soma detodas as funções formadas por bits da determinada subfaixa defrequência.

Em uma realização, o sinal de marca d'água é umasoma das formas de onda providas para a pluralidade de subfaixasde frequência.Algumas realizações de acordo com a invençãotambém criam um método para prover um sinal de marca d'água emdependência de uma representação de dominio de frequência e tempode dados de marca d'água.

Este método é baseado nos mesmos achadosque o equipamento discutido anteriormente.

Algumas realizações de acordo com a invençãocompreendem um programa de computador para realizar os métodos da► invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As realizações, de acordo com a invenção, serãosubsequentemente descritas, tendo como referência as figurasanexas, nas quais:A Figura ■ 1 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um insersor de marca d'água, de acordo com umarealização da invenção;A Figura 2 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um decodificador de marca d'água, de acordo com umarealização da invenção;A Figura 3 apresenta um diagrama de blocosesquemático detalhado de um gerador de marca d'água, de acordo comuma realização da invenção;A Figura 4 apresenta um diagrama de blocosesquemático detalhado de um modulador para uso em uma realizaçãoda invenção.

A Figura 5 apresenta um diagrama de blocosesquemático detalhado de um módulo de processamento psicoacústicopara uso em uma realização da invenção;A Figura 6 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um processador de modelo psicoacústico para uso emuma realização da invenção;A Figura 7 é uma representação gráfica de umespectro de energia de um sinal de áudio produzido pelo bloco 801na frequência; A Figura 8 é uma representação gráfica de umespectro de energia de um sinal de áudio produzido pelo bloco 802• na frequência;A Figura 9 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um cálculo de amplitude;A Figura 10a apresenta um diagrama de blocosesquemático de um modulador;A Figura 10b é uma representação gráfica dalocalização de coeficientes na reivindicação de frequência etempo;As Figuras 11a e 11b apresentam diagramas deblocos esquemáticos de implementações alternativas do módulo desincronização;A Figura 12a é uma representação gráfica doproblema em encontrar o alinhamento temporal de uma marca d'água;A Figura 12b é uma representação gráfica doproblema de identificação do inicio da mensagem;A Figura 12c é uma representação gráfica de umalinhamento temporal de sequências de sincronização em um modo desincronização de mensagem completo;A Figura 12d é uma representação gráfica doalinhamento temporal das sequências de sincronização em um modo desincronização de mensagem parcial;A Figura 12e é uma representação gráfica dosdados de entrada do módulo de sincronização;A Figura 12f é uma representação gráfica de umconceito 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 umexemplo para uma multiplicação por elemento entre as sequências debits e de propagação;A Figura 13c é uma representação gráfica de umasaida do correlator de assinatura de sincronização, após a mediçãotemporal;A Figura 13d é uma representação gráfica de umasaida do correlator de assinatura de sincronização filtrado com afunção de auto-correlação da assinatura de sincronização;A Figura 14 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um extrator de marca d'água, de acordo com umarealização da invenção;A Figura 15 é uma representação esquemática deuma seleção de uma parte da representação de dominio de frequênciae tempo como uma mensagem candidata;A Figura 16 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um módulo de análise;A Figura 17a é uma representação gráfica de umasaida de um correlator de sincronização;A Figura 17b é uma representação gráfica demensagens decodificadas;A Figura 17c é uma representação gráfica de umaposição de sincronização, que é extraida de um sinal com marcad'água;A Figura 18a é uma representação gráfica de uma carga útil, uma carga útil com uma sequência de encerramento deViterbi, 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 desubcarregadores utilizados para embutir um sinal com marca d'água;A Figura 19 é uma representação gráfica de umamensagem não codificada, uma mensagem codificada, uma mensagem desincronização e um sinal de marca d'água, nas quais a sequência desincronização é aplicada às mensagens;A Figura 20 é uma representação esquemática deuma primeira etapa de um denominado conceito de "sincronizaçãoABC";A Figura 21 é uma representação gráfica de umasegunda etapa de um denominado conceito de "sincronização ABC";A Figura 22 é uma representação gráfica de umaterceira etapa de um denominado conceito de "sincronização ABC";A Figura 23 é uma representação gráfica de umamensagem compreendendo uma carga útil e uma parcela CRC;A Figura 24 apresenta um diagrama de blocosesquemático de um provedor de sinal de marca d'água, de acordo comuma realização da invenção;eA Figura 25 apresenta um fluxograma de um métodopara prover um sinal de marca d'água em dependência de umarepresentação de dominio de frequência e tempo, de acordo com umarealização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES 1. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA

A seguir, um provedor de sinal de marca d'água 2400 será descrito, tendo como referência a Figura 24, que mostraum diagrama de blocos esquemático do dito provedor de sinal demarca d'água.

O provedor de sinal de marca d'água 2400 éconfigurado para receber dados de marca d'água, como umarepresentação de dominio de tempo frequência 2410 em uma entrada epara prover, com base neste, um sinal de marca d'água 2420 em umasaida.

O gerador de marca d'água 2400 compreende um provedor deforma de onda de dominio de frequência e tempo 2430 e umcombinador de forma de onda de dominio de tempo 2460.

O provedorde forma de onda de dominio de frequência e tempo 2430 éconfigurado para prover formas de onda de dominio de tempo 2440para uma pluralidade de subfaixas de frequência, com base narepresentação de dominio de frequência e tempo 2420 dos dados demarca d'água.

O provedor de forma de onda de dominio de frequênciae tempo 2430 é configurado para mapear um determinado valor darepresentação de dominio de frequência e tempo 2410 em uma funçãode formação de bits 2450.

Uma extensão temporal da função deformação de bits 2450 é maior que o intervalo de bits associado aodeterminado valor da representação de dominio de frequência etempo 2410, de modo que haja uma sobreposição temporal entrefunções formadas por bits providas para valores temporalmentesubsequentes da representação de domínio de frequência e tempo2410 da mesma subfaixa de frequência.

O provedor de forma de ondade domínio de frequência e tempo 2430 é ainda configurada de modoque a forma de onda de domínio de tempo 24 4 0 de uma determinadasubfaixa de frequência contenha uma pluralidade de funçõesformadas por bits providas para valores temporalmente subsequentes da representação de dominio de frequência e tempo 2410 da mesmasubfaixa de frequência.

O combinador de forma de onda de dominio, de tempo 2460 é configurado para combinar as formas de ondaprovidas 2440 para a pluralidade de frequências do provedor deforma de onda de dominio de frequência e tempo 2430 para derivar osinal de marca d'água 2420.

De acordo com uma realização, o provedor de formade onda de dominio de frequência e tempo 2430 pode compreender umapluralidade de blocos de formação de bits configurados para mapearum determinado valor da representação de dominio de frequência etempo 2410 dos dados de marca d'água em uma função de formação debits 2450, as saidas dos blocos de formação de bits são, portanto,funções formadas por bits ou formas de onda em dominio de tempo.

Oprovedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo 2430pode compreender a mesma quantidade de blocos de formação de bitsque as subfaixas de frequência na representação de dominio defrequência e tempo dos dados de marca d'água.

De acordo com outra realização, o provedor desinal de marca d'água 2400 pode compreender um sintonizador depeso.

O sintonizador de peso também pode ser denominado módulo deprocessamento psicoacústico.

O sintonizador de peso pode serconfigurado para sintonizar o peso ou uma amplitude de funçõesformadas por bits correspondentes a valores da representação dedominio de frequência e tempo 2410 dos dados de marca d'água.

Umpeso de uma função formada por bits pode ser sintonizado de modoque, o máximo de energia possivel seja atribuida a uma funçãoformada por bits, porém o sinal de marca d'água 2420 ainda émantido inaudivel.

O sintonizador de peso pode sintonizar o pesoem um processo iterativo para cada função formada por bitscorrespondente a um valor da representação de dominio de. frequência e tempo 2410. Portanto, os pesos de diferentes funçõesformadas por bits podem variar.

2. MÉTODO PARA PROVER UM SINAL DE MARCA D'ÁGUA

A Figura 25 mostra um método 2500 de provisão deum sinal de marca d'água em dependência de uma representação dedominio de frequência e tempo de dados de marca d'água.

O método2500 compreende uma primeira etapa 2510 de provisão de formas deonda de dominio de tempo para uma pluralidade de subfaixas defrequência, com base em uma representação de dominio de frequênciae tempo de dados de marca d'água pelo mapeamento de um determinadovalor da representação de dominio de frequência e tempo em umafunção de formação de bits, em que uma extensão temporal da funçãode formação de bits é maior que o intervalo de bits associado aodeterminado valor da representação de dominio de frequência etempo, de modo que haja uma sobreposição temporal entre funçõesformadas por bits providas para valores temporalmente subsequentesda representação de dominio de frequência e tempo da mesmasubfaixa de frequência.

Uma forma de onda de dominio de tempo deuma determinada subfaixa de frequência contém uma pluralidade defunções formadas por bits providas para valores temporalmentesubsequentes da representação de dominio de frequência e tempo damesma subfaixa de frequência.O método 2500 compreende ainda uma etapa 2520 decombinação das formas de onda providas para uma pluralidade defrequências para derivar o sinal de marca d'água.

O sinal de marcad'água pode, por exemplo, ser uma soma das formas de onda providas para a pluralidade de frequências.Opcionalmente, o método 2500 pode compreender, outras etapas correspondentes às características do equipamentodescrito acima.

3. DESCRIÇÃO DO SISTEMA

A seguir, um sistema para uma transmissão demarca d'água será descrito, que compreende um insersor de marcad'água e um decodificador de marca d'água.

Naturalmente, oinsersor de marca d'água e o decodificador de marca d'água podemser utilizados independentes um do outro.Para a descrição do sistema, uma abordagem decima a baixo é escolhida aqui.

Primeiro, distingue-se entrecodificador e decodif icador. Então, nas seções 3.1 a 3.5, cadabloco de processamento é descrito em detalhes.

A estrutura básica do sistema pode ser vista nasFiguras 1 e 2, que retratam o lado do codificador e dodecodificador, respectivamente. A Figura 1 apresenta um diagramade blocos esquemático de um insersor de marca d'água 100.

No ladodo codificador, o sinal de marca d'água 101b é gerado no bloco deprocessamento 101 (também designado como gerador de marca d'água)dos dados binários 101a e com base nas informações 104, 105trocadas com o módulo de processamento psicoacústico 102. Asinformações providas do bloco 102 garantem tipicamente que a marcad'água seja inaudível.

A marca d'água gerada pelo gerador de marcad'água 101 é, então, adicionada ao sinal de áudio 106. O sinal commarca d'água 107 pode ser, então, transmitido, armazenado ouadicionalmente processado.

No caso de um arquivo de multimídia,por exemplo, um arquivo de áudio e video, um atraso adequadoprecisa ser adicionado para o fluxo de video não perca sincroniade áudio e video. No caso de um sinal de áudio de múltiplosi, canais, cada canal é processado separadamente, conforme explicadonesse documento.

Os blocos de processamento 101 (gerador de marcad'água) e 102 (módulo de processamento psicoacústico) sãoexplicados 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 decodificadorde marca d'água 200. Um sinal de áudio com marca d'água 200a, porexemplo, gravado por um microfone, torna-se disponivel ao sistema200.

Um primeiro bloco 203, que também é designado como um módulode análise, desmodula e transforma os dados (por exemplo, o sinalde áudio com marca d'água) em dominio de tempo e frequência(obtendo, com isso, uma representação de dominio de frequência etempo 204 do sinal de áudio com marca d'água 200a), passando eleao módulo de sincronização 201, que analisa o sinal de entrada 204e realiza uma sincronização temporal, a saber, determina oalinhamento temporal dos dados codificados (por exemplo, dos dadosde marca d'água codificados relacionados à representação dedominio de frequência e tempo).

Essas informações (por exemplo, asinformações de sincronização resultantes 205) são dadas aoextrator de marca d'água 202, que decodifica os dados (e,consequentemente, provê os dados binários 202a, que representam oconteúdo de dados do sinal de áudio com marca d'água 200a).

3.1 O GERADOR DE MARCA D'ÁGUA 101

O gerador de marca d'água 101 é retratado emdetalhes na Figura 3.

Os dados binários (expressos como ± 1) aserem escondidos no sinal de áudio 106 são dados ao gerador de marca d'água 101.

O bloco 301 organiza os dados 101a em pacotes decomprimento igual Mp.

Bits elevados são adicionados (por exemplo,, afixados) para fins de sinalização a cada pacote. Ms denota seunúmero.

Seu uso será explicado em detalhes na Seção 3.5. Observeque, a seguir, cada pacote de bits de carga útil junto aos bitselevados de sinalização é denotado como mensagem.

Cada mensagem 301a, de comprimento Nm = Ms + Mp, éentregue ao bloco de processamento 302, o codificador de canal,que é responsável pela codificação dos bits para proteção contraerros.

Uma realização possivel desse módulo consiste em umcodificador convolucional junto a um entrelaçador.

A proporção docodificador convolucional influencia grandemente no grau geral daproteção contra erros do sistema de criação de marca d'água.

O entrelaçador, por outro lado, traz proteção contra explosões deruido.

A variação da operação do entrelaçador pode ser limitada auma mensagem, mas também poderia ser estendida a mais mensagens.

Rc denota a proporção de código, por exemplo, 1/4. O número debits codificados para cada mensagem é Nra/Rc.

O codificador de canalprovê, por exemplo, uma mensagem binária codificada 302a.O próximo bloco de processamento, 303, realizauma propagação no dominio de frequência. A fim de alcançarproporção entre sinal e ruido suficiente, as informações (porexemplo, as informações da mensagem binária 302a) são propagadas etransmitidas em Nf subfaixas cuidadosamente escolhidas.

Suaposição exata na frequência é decidida a priori e é conhecidatanto ao codificador como ao decodificador. Os detalhes da escolhadesse importante parâmetro de sistema dão dados na Seção 3.2.2. Apropagação na frequência é determinada pela sequência de propagação cf de tamanho Nf X 1.

A saída 303a do bloco 303 consisteem Nf fluxos de bits, um para cada subfaixa. O iésimo fluxo de'bits é obtido ao multiplicar o bit de entrada com o iésimocomponente da sequência de propagação cf.

A propagação maissimples consiste em copiar o fluxo de bits a cada fluxo de saída,a saber, utilizar uma sequência de propagação de todos.O bloco 304, que também é designado como uminsersor de esquema de sincronização, adiciona um sinal desincronização ao fluxo de bits.

Uma sincronização forte éimportante, uma vez que o decodif icador não sabe o alinhamentotemporal nem dos bits nem da estrutura de dados, isto é, quandocada mensagem começa. O sinal de sincronização consiste em Nssequências de Nfbits cada.

As sequências são multiplicadas porelemento e periodicamente ao fluxo de bits (ou fluxos de bits303a) . Por exemplo, considere que a, b e c são as Ns=3 sequênciasde sincronização (também designadas como sequências propagadas desincronização) .

O bloco 304 multiplica a ao primeiro bit depropagação, b ao segundo bit de propagação e c ao terceiro bit depropagação.

Para os bits seguintes, o processo é periodicamenteiterado, a saber, a ao quarto bit, b ao quinto bit e assim pordiante.

Da mesma forma, uma informação de sincronização einformações combinadas 304a é obtida.

As sequências desincronização (também designadas como sequências propagadas desincronização) são cuidadosamente escolhidas para minimizar orisco de uma sincronização falsa.

São dados mais detalhes na Seção3.4. Também, deve ser observado que uma sequência a, b, c, ...pode ser considerada como uma sequência de sequências propagadasde 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 umasequência de propagação ct de tamanho Nt X 1.

A iésima repetiçãotemporal é multiplicada com o iésimo componente de ct.As operações dos blocos 302 a 305 podem sercolocadas em termos matemáticos, como segue.

Considere m detamanho 1 X Nm = Rc uma mensagem codificada, produzida de 302. Asaida 303a (que pode ser considerada como uma representação deinformações de propagação R) dos blocos 303 é

a saida 304a do bloco 304, que pode serconsiderado uma representação de sincronização e informaçõescombinadas C, é

onde o denota o produto por elemento de Schur e

A saida 305a de 305 é

onde

denotam o produto de Kronecker etransposição, respectivamente.

Lembre-se que os dados binários sãoexpressos como ± 1.O bloco 306 realiza uma codificação diferencialdos bits.

Essa etapa confere ao sistema resistência adicionalcontra trocas de fase, devido a não correspondências de osciladorde 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 eo j-ésimo bloco de tempo na entrada do bloco 306, o bit de saida

é

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

O bloco 307 realiza a modulação real, isto é, ageração a forma de onda do sinal de marca d'água, dependendo dasinformações binárias 360a dadas em sua entrada. Um esquema maisdetalhado é dado na Figura 4.

Nf entradas paralelas, 401 a 40Nfcontêm os fluxos de bits para diferentes subfaixas. Cada bit decada fluxo de subfaixa é processado por um bloco de formação debit (411 a 41Nf) . A saida dos blocos de formação de bit são formasde onda no dominio de tempo. A forma de onda gerada para o j-ésimobloco de tempo e iésima subfaixa, denotada por si;j (t), com base nobit de entrada bdlff(i, j), é computada como segue

onde y(i; j) é um fator de ponderação providopela unidade de processamento psicoacústico 102, Tb é o intervalode tempo de bit, e gi(t) é a função de formação de bit para aiésima subfaixa.

A função de formação de bit é obtida de umafunção de faixa de base

modulada em frequência com um cosseno

onde fi é a frequência central da iésima subfaixae o sobrescrito T significa o transmissor. As funções de faixa debase podem ser diferentes para cada subfaixa. Se escolhidasidênticas, uma implementação mais eficiente no decodificador é possível.

Vide Seção 3.3 para mais detalhes.A formação de bit para cada bit é repetida em um- processo iterativo controlado pelo módulo de processamentopsicoacústico (102).

As iterações são necessárias para ajustarprecisamente as ponderações y(i, j), para atribuir o máximo deenergia possível à marca d'água, enquanto a mantém inaudível. Maisdetalhes são dados na Seção 3.2.

A forma de onda completa na saída do iésimofiltro 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 queTb, embora a energia principal seja concentrada dentro dointervalo de bits. Pode ser visto um exemplo na Figura 12a, onde amesma função de faixa de base de formação de bit é delineada paradois bits adjacentes.

Na figura, temos Tb = 40ms. A escolha de Tbassim como a forma da função, afetam o sistema consideravelmente.

Na verdade, símbolos mais longos provêem respostas de frequênciamais estreitas.

Isso é particularmente benéfico em ambientesreverberantes.

Na verdade, nesses cenários, o sinal com marcad'água atinge o microfone por meio de diversas vias de propagação,cada um caracterizado por um tempo de propagação diferente.

Ocanal resultante apresenta forte seletividade de frequência.Interpretados no domínio de tempo, símbolos mais longos sãobenéficos como ecos com um atraso comparável à interferênciaconstrutiva de produção de intervalo de bit, o que significa queeles aumentam a energia do sinal recebido.

Contudo, símbolos mais longos também trazem algumas desvantagens; sobreposições maiorespoderiam levar à interferência inter-simbolo (ISI) e são, com• certeza, mais dificeis de ocultar no sinal de áudio, de modo que omódulo de processamento psicoacústico permitiria menos energia quepara simbolos mais curtos.

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

3.2 O MÓDULO DE PROCESSAMENTO PSICOACÚSTICO 102

Conforme retratado na Figura 5, o módulo deprocessamento psicoacústico 102 consiste em 3 partes.

A primeiraetapa é um módulo de análise 501 que transforma o sinal de áudiode tempo em dominio de tempo/frequência.

Esse módulo de análisepode realizar análises paralelas em diferentes resoluções detempo/frequência.

Após o módulo de análise, os dados detempo/frequência são transferidos ao modelo psicoacústico (PAM)502, no qual os limites de mascaramento para o sinal de marcad'água são calculados, de acordo com as consideraçõespsicoacústicas (vide E. Zwicker H.Fasti, "Psychoacoustics Factsand models"). Os limites de mascaramento indicam a quantidade deenergia que pode ser oculta no sinal de áudio para cada subfaixa ebloco de tempo.

O último bloco no módulo de processamentopsicoacústico 102 retrata o módulo de cálculo de amplitude 503.

Esse módulo determina os ganhos de amplitude a serem utilizados nageração do sinal de marca d'água, de modo que os limites demascaramento sejam satisfeitos, isto é, a energia embutida é menorou igual à energia definida pelos limites de mascaramento.

3.2.1 A ANÁLISE DE TEMPO/FREQUÊNCIA 501

O bloco 501 realiza a transformação detempo/frequência do sinal de áudio por meio de uma transformaçãoretificada.

A melhor qualidade de áudio pode ser alcançada quandoforem realizadas múltiplas resoluções de tempo/frequência.

Umarealização eficiente de uma transformação retificada é atransformada de Fourier de tempo curto (STFT) , que tem base nastransformadas de Fourier rápidas (FFT) dos blocos de tempojanelados.

O comprimento da janela determina a resolução detempo/frequência, de modo que janelas maiores produzam resoluçõesde tempo menor e de frequência maior, e vice-versa para janelasmais curtas.

A forma da janela, por outro lado, entre outrascoisas, determina a perda de frequência.

Para o sistema proposto, alcançamos uma marcad'água inaudivel ao analisar os dados com as duas resoluçõesdiferentes.

Um primeiro banco de filtros é caracterizado por umtamanho de hopde Tb, isto é, o comprimento do bit.

O tamanho dehopé o intervalo de tempo entre dois blocos de tempo adjacentes.

O comprimento da janela é de aproximadamente Tb. Observe que aforma da janela não deve ser a mesma que a utilizada para aformação de bit e, em geral, deve modelar o sistema auditivohumano.

Diversas publicações estudam esse problema.O segundo banco de filtros aplica uma janela maiscurta.

A maior resolução temporal alcançada é particularmenteimportante ao embutir uma marca d'água na fala, uma vez que suaestrutura temporal é, em geral, mais fina que Tb.A taxa de amostragem do sinal de áudio de entradanão é importante, contanto que seja grande o suficiente para descrever um sinal de marca d'água sem aliasing.

Por exemplo, se o 4 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 0 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 10 indistinguível do original.

A iésima subfaixa é definida entre dois limites, a saber,

e

.

AS subfaixas são determinadas ao definir Nf f(innx) r(nihi) frequências centrais fi e deixando

i para i = 2, 3, ..., Nf.

Uma escolha adequada para as frequências centrais é dada pela 15 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 20 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 de 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 éaplicada como uma média de movimento não linear que começa nasfrequências inferiores e termina na mais alta frequência possivel. A operação de 801 é ilustrada na Figura 7.

A curva vermelha é asaida da suavização.Uma vez que a suavização foi realizada, oslimites são computados pelo bloco 802, considerando somente omascaramento de frequência.

Também, nesse caso, há possibilidadesdiferentes. Uma maneira é utilizar o minimo para cada subfaixacomputar a energia de mascaramento Ei.

Isto é, a energiaequivalente do sinal que opera de maneira eficiente ummascaramento. A partir deste valor, podemos simplesmentemultiplicar um determinado fator de escalonamento para obter aenergia mascarada Ji.

Esses fatores são diferentes para cadasubfaixa e resolução de tempo/frequência e são obtidos por meio deexperimentos psicoacústicos empíricos. Essas etapas são ilustradasna Figura 8.

No bloco 805, é considerado o mascaramentotemporal. Nesse caso, diferentes blocos de tempo para a mesmasubfaixa são analisados.

As energias mascaradas Ji sãomodificadas, de acordo com um perfil de pós-mascaramentoempiricamente derivado. Consideremos dois blocos de tempoadjacentes, a saber, k-1 e k.

As energias mascaradascorrespondentes são Ji(k-l) e Ji(k). O perfil de pós-mascaramentodefine que, por exemplo, a energia de mascaramento Ei podemascarar uma energia Ji no momento k e α • Ji no momento k+1.

Nesse caso, o bloco 805 compara Ji(k) (a energia mascarada pelo bloco detempo atual) e a»Ji(k+l) (a energia mascarada pelo bloco de tempo- anterior) e escolhe o máximo. Os perfis de pós-mascaramento estãodisponíveis na literatura e foram obtidos por meio de experimentospsicoacústicos empíricos.

Observe que para Tb amplo, isto é, > 20ms, é aplicado o pós-mascaramento somente à resolução detempo/frequência com janelas de tempo menores.

Resumindo, na saida do bloco 805, temos oslimites de mascaramento para cada subfaixa e bloco de tempoobtidos para duas resoluções de tempo/frequência diferentes.

Oslimites foram obtidos ao considerar ambos os fenômenos demascaramento de frequência e de tempo.

No bloco 806, os limitespara diferentes resoluções de tempo/frequência são misturados.

Porexemplo, uma possível implementação é que 806 considera todos oslimites correspondentes aos intervalos de tempo e frequência, nosquais está alocado um bit, e escolhe o minimo.

3.2.3 0 BLOCO DE CÁLCULO DE AMPLITUDE 503

Vide Figura 9. A entrada de 503 são os limites505 do modelo psicoacústico 502, onde são realizados todos oscálculos motivados psicoacústicos.

No calculador de amplitude 503,são realizadas computações adicionais com os limites.

Primeiro,ocorre um mapeamento de amplitude 901. Esse bloco meramenteconverte os limites de mascaramento (normalmente expressos comoenergias) em amplitudes que podem ser utilizadas para escalar afunção de formação de bit definida na Seção 3.1. Após isso, obloco de adaptação de amplitude 902 é executado.

Esse bloco adaptaiterativamente as amplitudes y(i, j) que são utilizadas paramultiplicar 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 formaçãode bit se estende normalmente para um intervalo de tempo maior queTb.

Portanto, multiplicando a amplitude correta j) que atendeao limite de mascaramento no ponto i, j não atende necessariamenteàs exigências no ponto i, j-1.

Isso é particularmente crucial eminicios fortes, como um pré-eco se torna audivel.

Outra situaçãoque precisa ser evitada é uma sobreposição despropositada dasextremidades de diferentes bits que poderiam levar a uma marcad'água audivel.

Portanto, o bloco 902 analisa o sinal gerado pelogerador de marca d'água, para verificar se os limites foramatendidos.

Se não, modifica-se as amplitudes y(i, j) de acordo.

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

3.3 0 MÓDULO DE ANÁLISE 203

O módulo de análise 203 é a primeira etapa (oubloco) do processo de extração de marca d'água.

Seu objetivo étransformar o sinal de áudio com marca d'água 200a de volta em Nffluxos de bits

(também designados com 204), um para cadasubfaixa espectral i.

Elas são ainda processadas pelo módulo desincronização 201 e pelo extrator de marca d'água 202, conformediscutido nas Seções 3.4 e 3.5, respectivamente.

Observe que

são fluxos de bits flexíveis, isto é, eles podem, por exemplo, terqualquer valor real e ainda não é feita a decisão rigida no bit.

Esse módulo de análise consiste em três partesque são retratadas na Figura 16: O banco de filtros de análise1600, o bloco de normalização de amplitude 1604 e a decodificação diferencial 1608.f

3.3.1 BANCO DE FILTROS DE ANÁLISE 1600

O sinal de áudio com marca d'água é transformadoem dominio de tempo-frequência pelo banco de filtros de análise1600, que é apresentado em detalhes na Figura 10a.

A entrada dobanco de filtros é o sinal de áudio com marca d'água recebidor(t).

Sua saida são os coeficientes complexos

para a iésimaramificação ou subfaixa no momento j.

Esses valores contêminformações sobre a amplitude e a fase do sinal na frequênciacentral f£ e momento j-Tb.

O banco de filtros 1600 consiste em Nframificações, uma para cada subfaixa espectral i.

Cada ramificaçãose divide em uma sub-ramificação superior para o componente nafase e uma sub-ramificação inferior para o componente dequadratura da subfaixa i. Apesar da modulação no gerador de marcad'água e, assim, o sinal de áudio com marca d'água serem puramenteavaliados reais, a análise avaliada complexa do sinal no receptoré necessária, pois as rotações da constelação de modulaçõesintroduzidas pelo canal e pelos desalinhamentos de sincronizaçãonão são conhecidas no receptor.

A seguir, consideramos a iésimaramificação do banco de filtros. Ao combinar a sub-ramificação emfase e de quadratura, podemos definir o sinal de faixa de baseavaliado complexo

como

onde *| indica a convolução e

é a resposta deimpulso do filtro de baixa passagem do receptor da subfaixa i.

Geralmente,

(t) é igual à função de formação de bit de faixade base da subfaixa i no modulador 307, a fim de atender à condição de filtro correspondida, mas outras respostas de impulso também são possíveis.

A fim de obter os coeficientes

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/Tbc 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

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

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 NORMALIZAÇAO 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 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 b±(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

e utilizadas para normalização do coeficiente

. 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

que contêm informações sobre a fase dos componentes de sinal na frequência ft 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 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 sintese.

Na parte superior, são visiveis 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 ruido 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 comosincronização 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.

Essaquestão é ilustrada na Figura 12b e é mencionada comosincronização 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, 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.

O módulo de sincronização pode, portanto, identificar o início 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 possível, 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 início 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) de uma vez, ao analisar a saída do correlator de assinatura de sincronização 1201. O domínio 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, repetesimplesmente cada bit duas vezes no domínio de tempo.

As batidas de sincronização exatas são denotadas com setas e correspondem ao início de cada assinatura de sincronização. O período 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, chamadosblocos de busca, de tamanho Nsbl, cujo subscrito representa aextensão do bloco de busca. Cada bloco de busca deve conter (outipicamente contém) uma batida de sincronização, conformeretratado na Figura 12f.

Cada um dos bits Nsbl é uma batida desincronização candidata.

A tarefa do bloco 1201 é computar umamedida de probabilidade para cada bit candidato de cada bloco.Essas informações são, então, passadas ao bloco 1204 que computaas batidas de sincronização.

3.4.1 O CORRELATOR DE ASSINATURA DE SINCRONIZAÇÃO

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

Da mesma forma, uma sequência 1201a dos valoresde 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 propagaçãotemporal ct e, então, soma-os. Isso é realizado para cada uma dasNf subfaixas de frequência.

A Figura 13a apresenta um exemplo.Consideramos os mesmos parâmetros que os descritos na seçãoanterior, 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 porelemento 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 sincronizaçãoestiverem 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, umcorrelator 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 mutuamenteortogonais.

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, criaruma 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 alinhamentoperfeito, uma vez que os filtros de análise não podem capturar aenergia de sinal de maneira ideal.

3.4.2 COMPUTAÇÃO DE BATIDAS DE SINCRONIZAÇÃO 1204

Esse bloco analisa a saida do correlator deassinatura de sincronização para decidir onde estão as posições desincronização.

Uma vez que o sistema é bastante resistente contradesalinhamentos de até Tb/4 e Tb é normalmente considerado cerca de40 ms, é possivel integrar a saida de 1201 ao longo do tempo paraalcançar uma sincronização mais estável. Uma implementaçãopossivel disso é dada por um filtro IIR aplicado ao longo do tempocom uma resposta de impulso de decaimento exponencialmente.

Demaneira alternativa, um filtro de movimentação médio FIRtradicional pode ser aplicado. Uma vez que a medição foirealizada, uma segunda correlação ao longo de diferentes Nt’Ns érealizada ("escolha posicionai diferente").

Na verdade, queremosexplorar as informações que a função de autocorrelação da funçãode sincronização é conhecida. Isso corresponde a um estimador deProbabilidade Máxima.

A idéia é apresentada na Figura 13c. A curvaapresenta a saida do bloco 1201 após a integração temporal.

Umapossibilidade de determinar a batida de sincronização ésimplesmente encontrar o máximo dessa função. Na Figura 13d, vemosa mesma função (em preto) filtrada com a função de autocorrelaçãoda assinatura de sincronização.

A função resultante é traçada emvermelho. Nesse caso, o máximo é mais pronunciado e nos dá aposição da batida de sincronização.

Os dois métodos são bastantesemelhantes para alta SNR, mas o segundo método se desempenha muito melhor em regimes de SNR inferiores. Uma vez que as batidasde sincronização foram encontradas, elas são passadas ao extratorde marca d'água 202 que decodifica os dados.

Em algumas realizações, a fim de obter um sinalde sincronização resistente, é realizada a sincronização no modode sincronização de mensagem parcial com as assinaturas desincronização curtas. Por esse motivo, muitas decodificações têmde serem feitas, aumentando o risco de detecções de mensagempositiva falsas.

Para evitar isso, em algumas realizações, podemser inseridas sequências de sinalização com uma taxa de bits menorcomo uma consequência.Essa abordagem é uma solução ao problema quesurge de uma assinatura de sincronização mais curta que amensagem, que já é tratada na discussão acima da sincronizaçãorealçada.

Nesse caso, o decodificador não sabe onde uma novamensagem começa e tenta decodificar em diversos pontos desincronização. Para distinguir entre mensagens legitimas e falsopositivas, em algumas realizações, uma palavra de sinalização éutilizada (isto é, a carga útil é sacrificada para embutir umasequência de controle conhecida).

Em algumas realizações, umaverificação de plausibilidade é utilizada (de maneira alternativaou adicional) para distinguir entre as mensagens legitimas e falsopositivas.

3.5 O EXTRATOR DE MARCA D'ÁGUA 2 02

As partes que constituem o extrator de marcad'água 202 são retratadas na Figura 14. Ele tem duas entradas, asaber, 204 e 205 dos blocos 203 e 201, respectivamente.

O módulode sincronização 201 (vide Seção 3.4) provê marcas temporais de sincronização, isto é, as posições no dominio de tempo nas quaisuma mensagem candidata começa.

Mais detalhes sobre esse assuntosão dados na Seção 3.4.

O bloco de banco de filtros de análise203, por outro lado, provê os dados no dominio de tempo/frequênciaprontos para serem decodificados.A primeira etapa de processamento, o bloco deseleção de dados 1501, seleciona da entrada 204 a parteidentificada como uma mensagem candidata a ser decodificada.

Afigura 15b apresenta esse procedimento graficamente. A entrada 204consiste em Nf fluxos de valores reais.

Uma vez que o alinhamentode tempo não é conhecido ao decodificador a priori, o bloco deanálise 203 realiza uma análise de frequência com uma taxa maiorque 1/Tb Hz (sobreamostragem) . Na Figura 15b, utilizamos um fatorde sobreamostragem de 4, a saber, 4 vetores de tamanho Nf X 1 sãoproduzidos a cada Tb segundos.

Quando o bloco de sincronização 201identifica uma mensagem candidata, ele libera uma marcaçãotemporal 205 que indica o ponto de inicio de uma mensagemcandidata. O bloco de seleção 1501 seleciona as informaçõesnecessárias para a decodificaçâo, a saber, uma matriz de tamanhoNf X Nm/Rc.

Essa matriz 1501a é dada ao bloco 1502 paraprocessamento adicional.Os blocos 1502, 1503 e 1504 realizam as mesmasoperações dos blocos 1301, 1302 e 1303 explicadas na Seção 3.4.Uma realização alternativa da invenção consisteem evitar as computações feitas em 1502-1504, ao deixar que omódulo de sincronização libere também os dados a seremdecodificados.

Conceitualmente, isso é um detalhe. A partir doponto de vista de implementação, é somente um assunto de como os armazenamentos são realizados.

Em geral, refazer as computaçõesnos permite ter armazenamentos menores.O decodificador de canal 1505 realiza a operaçãoinversa do bloco 302.

Se o codificador de canal, em uma realizaçãopossivel desse módulo, consistiu em um codificador convolucionaljunto a um entrelaçador, então, o decodificador de canalrealizaria o desentrelaçamento e a decodificação convolucional,por exemplo, com o algoritmo bem conhecido de Viterbi.

Na saidadesse bloco, temos Nmbits, isto é, uma mensagem candidata.O bloco 1506, o bloco de sinalização eplausibilidade, decide se a mensagem candidata de entrada é defato uma mensagem ou não.

Para fazer isso, diferentes estratégiassão possíveis.A idéia básica é utilizar uma palavra desinalização (como uma sequência CRC) para distinguir entremensagens reais e falsas.

Entretanto, isso reduz o número debatidas disponíveis como carga útil. De maneira alternativa,podemos utilizar verificações de plausibilidade.

Se as mensagens,por exemplo, conterem uma marcação de tempo, as mensagensconsecutivas devem ter marcações de tempo consecutivas. Se umamensagem decodificada possui uma marcação de tempo que não é aordem correta, podemos descartá-la.

Quando uma mensagem for corretamente detectada, osistema pode escolher aplicar os mecanismos de antecipação e/ourecordação. Presumimos que foram alcançadas as sincronizações debit e de mensagem.

Presumindo que o usuário não está zapeando, osistema "antecipa" no tempo e tenta decodificar as mensagensanteriores (se não já decodificadas) utilizando o mesmo ponto de sincronização (abordagem de recordação).

Isso é particularmente r 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 5 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 15 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 20 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 25 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 cíclica) pode utilizar uma sequência conhecida para identificar as mensagens reais do falso positivo.

A Figura 23 5 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 10 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 15 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 20 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 25 por meio de multiplicação com sequências (também designadas como sequências propagadas 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 * simbolos especiais. Outros métodos clássicos consistem em embutir uma sequência conhecida de bits (preâmbulo) multiplexada em tempo 5 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 10 sincronização não confiável. Comparado aos outros métodos, nos quais um preâmbulo ou um simbolo 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 éinalterado (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 20 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.25 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 disponiveis para a sincronização éreduzido o máximo necessário para os dados.

Para resumir, a abordagem de sincronizaçãocontinua aqui descrita traz consigo um número amplo de vantagenssobre os conceitos convencionais.Entretanto, em algumas realizações, de acordo coma invenção, um conceito de sincronização diferente pode seraplicado.

4.2. PROPAGAÇÃO 2D

Algumas realizações do sistema proposto realizampropagação tanto no dominio de tempo como no de frequência, istoé, uma propagação bidimensional (abreviadamente designada comopropagação 2D) .

Descobriu-se que isso é vantajoso em relação asistemas 1D, uma vez que o erro de bits pode ser ainda reduzido aoadicionar redundância, por exemplo, no dominio de tempo.Entretanto, em algumas realizações, de acordo coma 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 maior resistência contra não correspondência de movimento efrequência dos osciladores locais (quando comparados aos sistemasconvencionais) é produzida pela modulação diferencial.

Descobriu-se que, na verdade, o efeito Doppler (movimento) e as nãocorrespondências de frequência levam a uma rotação da constelaçãode BPSK (em outras palavras, uma rotação no plano complexo dosbits) .

Em algumas realizações, os efeitos prejudiciais dessarotação 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 coma invenção, um conceito de codificação ou conceito de5 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 10 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 traz consigo confiabilidade aprimorada do processo de criação de marca d'água.15 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 20 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 25 que multiplicam os bits.

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

4.6. ASPECTOS DE ANTECIPAÇÃO E RECORDAÇÃO

Em algumas realizações, as assim chamadasabordagens de "Antecipação" e de "Recordação" são aplicadas.

A seguir, esses conceitos serão brevementeresumidos. Quando uma mensagem é corretamente decodificada,presume-se que a sincronização foi alcançada.

Presumindo que ousuário não está zapeando, em algumas realizações, uma antecipaçãono tempo é realizada e se tenta decodificar as mensagensanteriores (se já não decodificadas), utilizando o mesmo ponto desincronização (abordagem de recordação).

Isso é particularmenteútil quando o sistema inicia.Em más condições, poder-se-ia considerar duasmensagens para alcançar a sincronização.

Nesse caso, a primeiramensagem não tem chance nos sistemas convencionais.

Com a opção derecordação, que é utilizada em algumas realizações da invenção, épossivel salvar (ou decodificar) mensagens "boas" que não foramrecebidas 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 mensagemdeve estar e posso tentar decodificá-la de qualquer modo.

Da mesmaforma, as mensagens de sobreposição podem ser decodificadas.Entretanto, em algumas realizações, de acordo coma invenção, o aspecto de antecipação e/ou o aspecto de recordaçãopodem ser omitidos.

4.7. RESISTÊNCIA DE SINCRONIZAÇÃO AUMENTADA

Em algumas realizações, a fim de obter um sinalde sincronização forte, a sincronização é realizada no modo desincronização de mensagem parcial com assinaturas de sincronizaçãocurtas.

Por esse motivo, muitas decodificações têm de serem feitas, aumentando o risco de detecções de mensagens falso , positivas.

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 coma 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 menor2. melhor qualidade de áudio devido ao melhormodelo psicoacústico3. mais resistência em ambientes reverberantes devido aos sinais multi-carregadores de faixa estreita4. 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 25 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 estreitasemelhante) se torna sensível em relação a espectros de Dopplerque variam no tempo.

Da mesma forma, esse sistema de faixaestreita não é tipicamente bom o suficiente se implementado, porexemplo, 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 falhamcompletamente em ambientes reverberantes. Ao contrário, em algumasrealizações da invenção, a introdução de um eco é evitada.2. Técnicas que utilizam somente propagação detempo têm duração de mensagem maior em comparação às realizaçõesdo 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 acordocom o dito documento são superadas:• a complexidade no decodificador, de acordocom o documento DE 196 40 814 é muito alta, um filtro decomprimento 2N com N = 128 é utilizado• o sistema, de acordo com o documento DE 19640 814, compreende uma duração de mensagem longa• no sistema, de acordo com o documento DE 19640 814, a propagação somente no domínio de tempo com ganho depropagação 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 aodominio espectral, ponderado, transformado de volta ao dominio detempo e sobreposto ao áudio, o que torna o sistema muito complexo.

5. APLICAÇÕES

A invenção compreende um método para modificar umsinal de áudio, a fim de ocultar dados digitais e um decodificadorcorrespondente capaz de recuperar essas informações, enquanto aqualidade percebida do sinal de áudio modificado permaneceindistinguível a do original.

Exemplos de aplicações possiveis da invenção sãodados a seguir:1. Monitoramento de transmissão: uma informaçãocontendo marca d'água, por exemplo, sobre a estação e tempo éoculta no sinal de áudio de programas de rádio ou de televisão. Osdecodificadores, incorporados em dispositivos pequenos utilizadospor sujeitos de teste, são capazes de recuperar a marca d'água e,assim, coletar informações valiosas para agências de propaganda, asaber, quem assistiu ao programa e quando.2. Auditoria: uma marca d'água pode ser oculta,por exemplo, em propagandas. Ao monitorar automaticamente astransmissões de uma determinada estação, então, é possivel saberquando exatamente a propaganda foi transmitida.

De maneirasemelhante, é possivel recuperar informações estatísticas sobre oscronogramas de programação de diferentes rádios, por exemplo, comque frequência uma determinada faixa musical é tocada etc.3. Embutimento de metadados: o método propostopode ser utilizado para ocultar informações digitais sobre a faixade 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 5 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 10 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 15 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 20 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 25 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, demodo que o respectivo método seja realizado.

Portanto, o meio dearmazenamento digital pode ser legivel por computador.Algumas realizações, de acordo com a invenção,compreendem um carregador de dados que tem sinais de controlelegiveis eletronicamente, que são capazes de cooperar com umsistema de computador programável, de modo que um dos métodos aquidescritos seja realizado.

De modo geral, as realizações da presenteinvenção podem ser implementadas como um produto de programa decomputador com um código de programa, o código de programa sendooperado para realizar um dos métodos quando o produto de programade computador executar em um computador.

O código de programapode, por exemplo, ser armazenado em um carregador legivel pormáquina.

Outras realizações compreendem o programa decomputador para realizar um dos métodos aqui descritos, armazenadoem um carregador legivel por máquina.

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

Uma realização adicional dos métodos da invençãoé, portanto, um carregador de dados (ou um meio de armazenamentodigital ou um meio legivel por computador) compreendendo, gravadonele, o programa de computador para realizar um dos métodos aquidescritos.Uma realização adicional do método da invenção é, portanto, um fluxo de dados ou uma sequência de sinais querepresentam o programa de computador para realizar um dos métodosaqui descritos.

O fluxo de dados ou a sequência de sinais pode,por exemplo, ser configurado para ser transferido por meio de umaconexão de comunicação de dados, por exemplo, por meio daInternet.Uma realização adicional compreende meios deprocessamento, por exemplo, um computador ou um dispositivo delógica programável, configurados ou adaptados para realizar um dosmétodos aqui descritos.

Uma realização adicional compreende um computadortendo instalado em si o programa de computador para realizar umdos métodos aqui descritos.Em algumas realizações, um dispositivo de lógicaprogramável (por exemplo, uma matriz de porta de campoprogramável) pode ser utilizado para realizar alguma ou todas asfuncionalidades dos métodos aqui descritos.

Em algumasrealizações, uma matriz de porta de campo programável podecooperar com um microprocessador, a fim de realizar um dos métodosaqui descritos. De modo geral, os métodos são preferivelmenterealizados por qualquer equipamento de hardware.

As realizações descritas acima são meramenteilustrativas para os principios da presente invenção. Entende-seque modificações e variações das disposições e detalhes aquidescritos serão aparentes aos técnicos no assunto.

Pretende-se,portanto, limitar-se somente pelo escopo das reivindicações dapatente iminentes e não pelos detalhes específicos apresentados atitulo de descrição e explicação das realizações aqui.

Claims

1. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'AGUA (2400; 307)PARA PROVER UM SINAL DE MARCA D'AGUA (2420, wms(t); 307a; 101b) EM DEPENDÊNCIA DE UMA REPRESENTAÇÃO DE DOMÍNIO DE FREQUÊNCIA E TEMPO (2410; bdiff(i,j) ; 401-40NJ DE DADOS DE MARCA D'AGUA, em que arepresentação de domínio de frequência e tempo (2410; bdiff (z, j); 401- 40Nf) é caracterizada por compreende valores associados a subfaixas de frequência (i) e intervalos de bits (j), o provedor de sinal de marca d'agua (2400; 307) compreendendo:um provedor de forma de onda de domínio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) configurado paraprover formas de onda de domínio de tempo (2440; si(t) ) para uma pluralidade de subfaixas de frequência (i), com base na representação de domínio de frequência e tempo (2410; bdiff(i,j); 401- 40Nf) dos dados de marca d'agua, em que o provedor de forma de onda de domínio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) é configurado para mapear um determinado valor (bdiff(i,j) ) da representação de domínio de frequência e tempo (2410; bdiff (i,j); 401- 40Nf) em uma função de formação de bits ( gi(t) ) , em que uma extensão temporal da função de formação de bits ( gi(t) ) é maior que o intervalo de bits (j) associado ao determinado valor (bdiff (i,j)) da representação de domínio de frequência e tempo (2410; bdiff (i,j); 401- 40Nf) , de modo que haja uma sobreposição temporal entre funções formadas por bits (gi(t)) providas para valores temporalmente subsequentes da representação de domínio de frequência e tempo (2410; bdiff (i,j); 401-40Nf) da mesma subfaixa de frequência (i); eem que o provedor de forma de onda de domínio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) é ainda configurado de modo que uma forma de onda de dominio de tempo (2440, sit) ) de uma determinada subfaixa de frequência (i) contenha uma pluralidade de funções formadas por bits ( sij(t) ) providas para valores temporalmente subsequentes da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiff(i,j) ; 401-40Nf) da mesma faixa de frequência (i); eum combinador de forma de onda de dominio detempo (2460) para combinar as formas de onda de dominio de tempo (2440, sij(t)) providas para uma pluralidade de frequências (i) do provedor de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421- 42Nf) para derivar o sinal de marca d'agua (2420, wms(t); 307a; 101b);em que o provedor de forma de onda de dominio defrequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) é configurado de modo que uma função formada por bits (si,j(t)) provida para um determinado valor bdiff(i,j) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiff(i,j), 401-40Nf) seja sobreposta por uma função formada por bits de um valor temporalmente anterior (bdiff(i,j-1) ) damesma subfaixa de frequência (i) como o determinado valor (bdiff (i, j)) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiff (i, j); 401-40Nf) e por uma função formada por bits ( si,j+1(t) ) de um valor temporalmente seguinte (bt J+1 (t)) da mesma subfaixa de frequência (i) como o determinado valor ( Zz;j(í) ) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j); 401-40Nf), de modo que uma forma de onda de dominio de tempo (2440, 5;(í)) provida pelo provedor deforma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) contenha uma sobreposição entre pelo menos três funções formadas por bits ( si j(t) ) temporalmente subsequentes da mesma subfaixa de frequência (i) .

2. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) seja configurado de modo que uma função formada por bits ( ) provida para um determinado valor báiB(i,j) da representaçãode dominio de frequência e tempo (2410; báiB(i,j) , 401-40Nf) seja sobreposta por uma função formada por bits ( st ) de um valortemporalmente anterior ( biiB (i, j -1) ) da mesma subfaixa de frequência (i) como o determinado valor ( báiB (z, j)) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j) ; 401-40Nf) e por uma função formada por bits ( sij+1(t) ) de um valor temporalmente seguinte ( bij+1(t) ) da mesma subfaixa de frequência (i) como o determinado valor ( Zzjj(í) ) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; &diff (z, j); 401-40Nf) , de modo que uma forma de onda de dominio de tempo (2440, sz(í) ) provida pelo provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) contenha uma sobreposição entre pelo menos três funções formadas por bits ( ) temporalmente subsequentes da mesma subfaixa de frequência(i) •

3. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) é configurado de modo que uma extensão temporal de uma função de formação de bits (2450, g;(z) ) seja uma faixa temporal,na qual a função de formação de bits (2450, gt(t) ) compreendevalores diferentes de zero, e em que a faixa temporal tem pelomenos três intervalos de bits (j) de comprimento.Ml

4. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) é configurado de modo que uma função de formação de bits (2450, g;(í) ) seja baseada em um sinal periódico modulado poramplitude;em que uma modulação por amplitude do sinal periódico modulado por amplitude é baseada em uma função de faixa de base ( gf(t)) ;em que a extensão temporal da função de formação de bits (2450, g,(í)) é baseada na função de faixa de base (gf(/)); eem que i designa um indice para uma subfaixa de frequência, T designa transmissor, e t designa uma variável temporal.

5. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) é configurado de modo que a função de faixa de base ( gT(t) ) seja idêntica para uma pluralidade de subfaixas de frequência (i) da representação de dominio de frequência e tempo (2 410; &diff(ú./); 401-40NJ .

6. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'ÁGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma parte periódica da função de formação de bits (2450, g (í)) é baseada em uma função cosseno, de modo que gt (0= gf (0 • cos(2π//), onde cos é uma função cosseno e fj é uma frequência central de um subfaixa de frequência (i) correspondente da função de formação de bits (2450, g,(Ô ) •

7. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'AGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda compreender um sintonizador de peso (102) para sintonizar um peso (105, /(*,/)) de uma função formada por bits ( ^(í)) provida para um determinado valor ( bdiff(i,j) ) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiff(i,j) ; 401-40NJ , de modo que= onde o sintonizador de peso (102) éconfigurado para sintonizar o peso (105, ) de modo que umaenergia da função formada por bits ( ) seja maximizada emrelação à inaudibilidade.

8. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'AGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o provedor de forma de onda de dominio de frequência e tempo (2430; 411-41Nf, 421-42Nf) seja configurado de modo que uma forma de onda de domínio de tempo (2440, 5;(í) ) de uma determinada subfaixa de frequência (i) seja uma soma de todas as funções formadas por bits ( \j(0 ) da determinada subfaixa de frequência (i) , de modo quej

9. PROVEDOR DE SINAL DE MARCA D'AGUA (2400; 307), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o combinador de forma de onda de domínio de tempo (2460) seja configurado de modo que o sinal de marca d'agua (2420, wms(t); 307a; 101b) seja uma soma das formas de onda providas (2440, 5;(z)) para a pluralidade de subfaixas de frequência (i), de modo que wms(t) = ,y.(z).i

10. MÉTODO (2500) PARA PROVER UM SINAL DE MARCAD'AGUA (2420, wms(t); 307a; 101b) EM DEPENDÊNCIA DE UMAREPRESENTAÇÃO DE DOMÍNIO DE FREQUÊNCIA E TEMPO (2410; bdiB (z, j); 401- 40Nf) DE DADOS DE MARCA D'AGUA, em que a representação de dominio de frequência e tempo (2410; &diff 401-40Nf) é caracterizada por compreender valores associados a subfaixas de frequência (i) e intervalos de bits (j), o método (2500) compreendendo:provisão (2510) de formas de onda de dominio de tempo (2440, s^t) ) para uma pluralidade de subfaixas de frequência (i), com base na representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB (i,j) ; 401-40Nf) dos dados de marca d'água, pelomapeamento de um determinado valor ( bdiB (ij9 ) da representação de dominio de tempo frequência (2410; bdiB(i,j); 401-40Nf) em uma função de formação de bits (2450, g;(t) ) , em que uma extensão temporal da função de formação de bits (2450, g;(í) ) é maior que o intervalo de bits (j) associado ao determinado valor (èdiff(z,j)) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j); 401-40Nf), de modo que haja uma sobreposição temporal entre funções formadas por bits ( ) providas para valores temporalmente subsequentes darepresentação de dominio de frequência e tempo (2410; báiB(i,j); 401- 40Nf) da mesma subfaixa de frequência (i), e de modo que uma forma de onda de dominio de tempo (2440, 5,(0 ) de uma determinadasubfaixa de frequência (i) contenha uma pluralidade de funções formadas por bits ( 5i7(í) ) providas para valores temporalmente subsequentes da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j); 401-40Nf) da mesma faixa de frequência (i); ecombinação (2520) das formas de onda de dominio de tempo (2440, 5,(í) > providas para a pluralidade de frequências para derivar o sinal de marca d'agua (2420, wms(t); 307a; 101b);em que uma função formada por bits ( 5;j(í) ) provida para um determinado valor bdiB(i,j) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j) , 401-40Nf) ésobreposta por uma função formada por bits ( s{ ) de um valor temporalmente anterior ( bdiB (z, j -1) ) da mesma subfaixa de frequência (i) como o determinado valor (èdiff(z,j)) representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j) ; 401-40NJ e por uma função formada por bits ( sij+1(t) ) de um valor temporalmente seguinte ( bij+1(t) ) da mesma subfaixa de frequência (i) como o determinado valor ( &ij(0 ) da representação de dominio de frequência e tempo (2410; bdiB(i,j) ; 401-40Nf) , de modo que a forma de onda de dominio de tempo (2440, 5;(z)) provida contenha uma sobreposição entre pelo menos três funções formadas por bits ( ) temporalmentesubsequentes da mesma subfaixa de frequência (i).