DE102004052247A1

DE102004052247A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des Ähnlichkeitsgrades von Toninformationen

Info

Publication number: DE102004052247A1
Application number: DE200410052247
Authority: DE
Inventors: Horst Kaltschmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Es wird beschrieben ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ähnlichkeitsmaßes für ein erstes und ein zweites Tonsignal, wobei eine Kreuzkorrelation zwischen den beiden Tonsignalen durchgeführt wird, die einen als Ähnlichkeitsmaß dienenden Korrelationsfaktor liefert.

Description

So wie für Erfindungen unter bestimmten Bedingungen gewerblicher Rechtsschutz beansprucht werden kann, ist dies im Markenrecht für Toninformation auch mit sogenannten Hörmarken möglich. Toninformation kann in Form von Musikstücken auch urheberrechtlichen Schutz genießen.

Hörmarken sind akustische Darstellungen, also Schallereignisse, wie Folgen von Tönen (z.B. Klänge, Akkorde, Melodien), Geräusche, Knalle oder in besonderer Weise gesprochene Wörter (Texte), die für bestimmte Waren/Dienstleistungen geschützt sind. Diese Darstellungen werden nachfolgend Hörzeichen genannt. Stehen sich in markenrechtlichen Widerspruchs- oder Verletzungsverfahren zwei Hörmarken gegenüber, geht es u.a. um die bedeutende Frage, ob die zwei Hörzeichen verwechselbar ähnlich oder unterschiedlich sind. Da Hörzeichen aus Tausenden von Einzelinformationen bestehen, würde es bei zwei völlig gleichen Hörzeichen schon genügen, eine einzige Information zu verändern, um zur Ungleichheit zu kommen. Der Schutzbereich einer Hörmarke wäre also äußerst gering. Deshalb hat der Gesetzgeber auf den Begriff der Verwechslungsgefahr abgestellt. Für die Frage der Verwechslungsgefahr ist unter anderem die Ähnlichkeit der gegenüberstehenden Hörzeichen relevant.

Eine ähnliche Problematik stellt sich, wenn es um die Verletzung urheberrechtlicher Tonwerke geht.

Es stellt sich also die interessante Frage, wie man die Ähnlichkeit zweier Toninformationen, z.B. Hörzeichen, feststellen kann. Wenn es gelingt, ein Ähnlichkeitsmaß M zu ermitteln (mit dem Wert M = 0 für absolute Unähnlichkeit und M =1 für absolute Ähnlichkeit (Gleichheit)), so kann die Beurteilung einer Verwechslungsgefahr oder Schutzrechtsverletzung deutlich erleichtert werden.

Es existieren bereits eine Reihe von physikalisch-mathematischen Verfahren zur Bestimmung von Ähnlichkeitsmaßen, die insbesondere zur Bestimmung melodischer Ähnlichkeiten von Musikstücken entwickelt und jüngst vom Fraunhofer Institut für Medienkommunikation abgehaltenen MPEG 7 Workshop breit diskutiert wurden. Insbesondere wurde in einem Vortrag, Daniel Müllensieven, "Messungen melodischer Ähnlichkeit", am 17. Dezember 2003 dargelegt, inwieweit physikalisch-mathematische Verfahren mit subjektiv, d.h. von Testpersonen, bestimmten Ähnlichkeitsmaßen konkurrieren können (vgl, http://iv.tu-berlin.de/coll/2004/frieler.html und http://www.imk.fraunhofer.de/sixcms/media.php/208/muellensiefen_messungmelodischeraehnli chkeit.pdf). Dabei wurden drei Klassen von Ähnlichkeitsmaßen angegeben: Vektormaße (Tonhöhen- und Dauernfolgen als Vektoren); Ähnlichkeitsmaße als Differenzen und Korrelationen; Symbolische Maße (Tonhöhen- und Dauernfolgen als Zeichenketten); Musikalische Maße, darunter auch harmonische Korrelationen (musikalische Distanz des harmonischen Contents).

Ein Hörzeichen ist ein physikalisches Schallereignis, genauer gesagt ein zeitabhängiges Luftdrucksignal s(t). Man könnte also daran denken, um die Ähnlichkeit (Gleichheit) zwischen zwei Signalen s₁(t) (Hörmarke 1) und s₂(t) (Hörmarke 2) festzustellen (t ist der Parameter Zeit), das zweite Signal vom ersten Signal abzuziehen und zu prüfen, ob diese Differenz Null ist (Differenzmethode). Es würde also geprüft, ob die Gleichung s₁(t) – s₂(t) = 0 erfüllt ist. Durch einfache, für einen Hörer sofort erkennbare, kleine Abweichungen wie unterschiedliche Lautstärke, Zeitverschiebungen oder Wahl eines anderen zeitlichen Ablaufes wie schnelleres oder langsameres Abspielen würde die Differenzmethode Unähnlichkeit feststellen, obwohl hörphysiologisch große Ähnlichkeit vorliegt. Diese Methode ist also zum Hörzeichenvergleich offensichtlich ungeeignet.

Abgesehen davon, daß es unübersichtlich viele Verfahren mit völlig unterschiedlichen Leistungsmerkmalen gibt, taugen all die genannten Methoden zur Beurteilung von Ähnlichkeiten verschiedener Hörzeichen recht wenig, da diese, wie oben beschrieben, ja nicht nur aus Musikstücken bestehen, sondern beliebige Schallereignisse als Toninformation enthalten können. Auch sind die genannten Ansätze kaum zum Massen-Screening verwendbar. Ein solches Massen-Screening wäre insbesondere bei Markenrecherchen in der Phase der Entwicklung eines neuen Hörzeichens sehr wertvoll.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem einfach die Ähnlichkeit von Toninformationen, insbesondere Hörzeichen, bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Ähnlichkeitsmaßes für ein erstes und ein zweites Tonsignal, wobei eine Kreuzkorrelation zwischen den beiden Tonsignalen durchgeführt wird, die einen als Ähnlichkeitsmaß dienenden Korrelationsfaktor liefert. Sie wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ähnlichkeitsmaßes für ein erstes und ein zweites Tonsignal, die eine Eingabeeinrichtung sowie einen Korrelator aufweist, der ein Verfahren der genannten Art ausführt.

Die Efindung setzt nun ein Verfahren ein, das dem Problemkreis der Objekt- oder Hindernisortung entstammt. Es erfolgt eine automatische Prüfung, ob ein zu prüfendes Testsignal gleich und ähnlich einem Vergleichssignal ist. Test- und Vergleichssignal sind z.B. zwei zu untersuchende Hörzeichen in geeigneter Tonsignalform.

Um das Testsignal als dem Vergleichssignal ähnlichen Signal zu erkennen, wird eine Korrelation mit Schwellwertüberwachung verwendet. Ein Ähnlichkeitsmaß zwischen dem Vergleichssignal s₁(t) und dem Testsignal s₂(t) wird durch den Maximalwert einer Korrelationsfunktion Ψ(t) bestimmt. Üblicherweise wird ein in einem Korrelator gespeichertes Referenzsignal mit dem Testsignal s₂(t) korreliert. Hier wird nun anstatt eines gespeicherten Referenzsignals das Vergleichssignal s₁(t) verwendet.

Dabei wird die mathematische Operation Ψ(τ) = ∫s₁(t – τ)·s₂(t)·dt (τ ist eine Verschiebung zwischen dem Vergleichssignal und dem Testsignal) ausgeführt und geprüft, ob der Maximalwert der Korrelationsfunktion einen festgelegten Schwellwert M_S überschreitet. Wird dieser Schwellwert überschritten, so wird entschieden "die beiden Signale sind sehr ähnlich".

Um Stauchungen oder Dehnungen des Testsignals zu berücksichtigen, wird das Vergleichssignal zeitlich mit dem Faktor k gedehnt oder zeitlich gestaucht, das heißt, es wird Ψ_k(τ) = ∫s₁(kt – τ)·s₂(t)·dt bestimmt und auf das Maximum geprüft.

Zur Ähnlichkeitsüberprüfung zweier in Frage stehender Hörzeichen s₁(t) und s₂(t) wird die mathematische Operation Ψ_k·(τ)= ∫s₁(kt – τ)·s₂(t)·dt auf einem Prozessor oder Computer ausgeführt und geprüft, ob das so definierte ggf. geeignet normierte Ähnlichkeitsmaß über einem festzulegenden Schwellwert liegt. Der Faktor k berücksichtigt dabei, daß eines der beiden Schallsignale womöglich schneller oder langsamer abgespielt wird oder zeitlich gestaucht oder gedehnt vorliegt.

Das Verfahren berücksichtigt vorteilhafterweise auch den Fall, daß sich die beiden Hörzeichen nur in den Obertönen unterscheiden, beispielsweise wenn es sich um eine Melodie handelt, die mit unterschiedlichen Musikinstrumenten gespielt wird. Damit dann das Ähnlichkeitsmaß nicht kleiner ausfällt, wird eines der beiden Hörzeichensignale quadriert, wodurch automatisch Obertöne gebildet werden. Ausschließlich wird das Maximum der Korrelationsfunktion Ψ_k(τ)= ∫sn 1 (kt – τ)·s₂(t)·dt ermittelt.

Mit n = 2 werden geradzahlige, mit n = 3 ungeradzahlige Harmonische erfaßt.

Längere Hörzeichen könnten nach den beschriebenen Verfahren als unähnlich eingestuft werden, auch wenn sie kurzzeitig sehr große Ähnlichkeit miteinander haben. Es ist deshalb, um eine kurzzeitige Ähnlichkeiten zweier Hörmarken zu ermitteln, vorteilhaft, das oben beschriebene Verfahren auf zeitlich begrenzte Fenster anzuwenden. Die Länge T_F der zeitlich begrenzten Fenster kann von einem Bediener oder automatisch von einem Ähnlichkeitsbestimmungsprogramm gewählt werden.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren mit einem geeignet programmierten Computer ausgeführt.
Nachfolgend wird das Verfahren anhand von 1 näher erläutert, die Struktur und Signalflüsse eines z. B. computerbasierten Verfahrens zur Bestimmung eines Ähnlichkeitsmaßes zweier Hörzeichen zeigt. Die auf Ähnlichkeit zu prüfenden Hörzeichensignale 1 und 2 befinden sich auf Tonträgern 3 und 4 und werden einem als Korrelator dienenden Computer 5 eingegeben. Desweiteren wird ein k-Bereich (beispielsweise 0,5 ≤ k ≤2 ) und ggf. eine zeitliche Länge T_F von auf Teilbereichsähnlichkeit zu untersuchenden Fenstern festgelegt. Ein Computer 5 berechnet mit diesen Werten aus dem Hörzeichensignal 1 k-Referenzsignale. Das im Computer 5 installierte Korrelationsprogramm 6 korreliert nun sämtliche k-Referenzsignale mit dem Hörzeichensignal 2. Ein Programmteil 7 zur Bestimmung des Maximums bestimmt das jeweilige Maximum der einzelnen Korrelationsfunktionen, und ein Programmteil 8 zur Bestimmung des größten Ähnlichkeitsmaßes stellt das größte Maximum unter den Korrelationsmaxima fest und ordnet die Parameter k,Δk zu. Diese Werte werden ausgegeben. In einem nächsten Schritt können in den beiden Hörzeichensignalen 1 und 2 Teilähnlichkeiten der beiden Hörmarken gesucht werden. Dazu werden die k-Referenzsignale in Zeitabschnitte der Länge T_F geteilt. Die so Bringt das oben beschriebenen Verfahren für den Benutzer eine zu große Ergebnisdatenflut, so können die ausgegebenen Ergebniswerte einem Schwellwertwächter/Entscheider 9 zugeführt werden, dem seinerseits Schwellwerte und ihre Bedeutungen wie unähnlich, leicht ähnlich, sehr ähnlich eingegeben werden. Die Ausgabe der Ergebnisdaten ist somit hier im Beispiel auf drei Daten reduziert.
Das hier beschriebene Verfahren kann mit großer Zeitersparnis beim Screening, bei dem ein zu beurteilendes Hörzeichen mit vielen bereits existierenden Hörzeichen zu vergleichen ist, angewendet werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Ähnlichkeitsmaßes für ein erstes und ein zweites Tonsignal s₁(t) und s₂(t), wobei eine Kreuzkorrelation zwischen den beiden Tonsignalen durchgeführt wird, die einen als Ähnlichkeitsmaß dienenden Korrelationsfaktor liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für verschiedene Werte k > 0 die Funktion a_k(τ) = ∫sn 1 (kt – τ)·s₂(t)·dt mit n = 1, 2 und/oder 3 berechnet, das jeweilige Maximum der einzelnen Funktionen bestimmt und das größte dieser bestimmten Maxima festgestellt und als Ähnlichkeitsmaß verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein oder mehrere Ausschnitte des zweiten Tonsignals extrahiert, zur Berechnung der Funktion a_k(τ) verwendet und für jeden Ausschnitt ein Ähnlichkeitsmaß erzeugt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei sowohl mit n = 1 als auch n = 2 sowie n = 3 ein Ähnlichkeitsmaß erzeugt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei eine Schwellwertentscheidung durchgeführt wird, ob das Ähnlichkeitsmaß einen Schwellwert überschreitet.
Vorrichtung zur Ermittlung eines Ähnlichkeitsmaßes für ein erstes und ein zweites Tonsignal s₁(t) und s₂(t), die eine Eingabeeinrichtung sowie einen Korrelator (5) aufweist, der ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, mit einem Schwellwertwächter (8).
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die einen Computer (5) sowie Computerprogrammmittel aufweist.
Computerprogrammprodukt, das das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf einen Computer (5) ausführt.