FR2759231A1 - Inserting digital data message in audio carrier signal - Google Patents
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Abstract
Description
Procédés d'insertion et de décodage d'un message numérique dans un signal sonore, par exemple un morceau de musique, et dispositifs correspondants.Methods of inserting and decoding a digital message into a sound signal, for example a piece of music, and corresponding devices.
L'invention concerne l'insertion d'un message numérique dans un signal acoustique porteur, par exemple un morceau de musique, et son décodage ultérieur. The invention relates to the insertion of a digital message into a carrier acoustic signal, for example a piece of music, and its subsequent decoding.
L'invention trouve une application avantageuse mais non limitative dans le domaine des jeux interactifs permettant de restituer à un instant donné, à un boîtier interactif de jeu, des informations numériques inaudibles contenues dans le signal acoustique porteur, par exemple un texte parlé ou bien un intermède musical. The invention finds an advantageous but nonlimiting application in the field of interactive games making it possible to restore, at a given instant, to an interactive game box, inaudible digital information contained in the carrier acoustic signal, for example a spoken text or else a musical interlude.
Des applications du type karaoké dans lesquelles le message numérique, constitué des paroles de la chanson écoutée, est transmis simultanément à la mélodie de cette chanson pour être restitué sur un écran, sont également possibles. Karaoke-type applications in which the digital message, consisting of the lyrics of the song being listened to, is transmitted simultaneously with the melody of this song to be played on a screen, are also possible.
Un but de l'invention est de pouvoir masquer au maximum le message numérique au sein du signal acoustique porteur de façon à le rendre non perceptible pour l'oreille humaine, et ce, tout en adoptant une technique industriellement fiable à un coût raisonnable. An object of the invention is to be able to mask as much as possible the digital message within the acoustic signal carrier so as to make it not perceptible for the human ear, and this, while adopting an industrially reliable technique at a reasonable cost.
Un autre but de l'invention est de pouvoir utiliser un support numérique audiophonique ("disque compact") pour enregistrer le signal acoustique porteur. Another object of the invention is to be able to use a digital audio support (“compact disc”) to record the carrier acoustic signal.
L'invention propose donc un procédé d'insertion d'un message numérique dans un signal acoustique porteur. Selon une caractéristique générale de l'invention on code tout bit du message en mélangeant, selon la valeur logique du bit, I'un ou l'autre de deux signaux auxiliaires différents prédéterminés avec un signal acoustique principal choisi, chaque signal auxiliaire présentant un spectre de fréquences s'étendant au-delà d'une première fréquence choisie quasi inaudible pour l'oreille humaine, par exemple 15 kHz, et de préférence au-delà, de façon à former le signal acoustique porteur contenant le message. The invention therefore provides a method of inserting a digital message into a carrier acoustic signal. According to a general characteristic of the invention, any bit of the message is coded by mixing, according to the logical value of the bit, one or the other of two different predetermined auxiliary signals with a chosen main acoustic signal, each auxiliary signal having a spectrum frequencies extending beyond a first frequency chosen almost inaudible to the human ear, for example 15 kHz, and preferably beyond, so as to form the carrier acoustic signal containing the message.
I1 est particulièrement avantageux, en combinaison avec les caractéristiques qui viennent d'être évoquées, d'enregistrer le signal acoustique porteur sur un support d'enregistrement dont la bande passante autorise le codage haute fréquence évoqué. On choisira de préférence un support numérique audiophonique (disque compact) dont la bande passante s'étend actuellement entre 2 Hz et 20 kHz. It is particularly advantageous, in combination with the characteristics which have just been mentioned, to record the carrier acoustic signal on a recording medium whose bandwidth allows the high frequency coding mentioned. We will preferably choose a digital audio support (compact disc) whose bandwidth currently ranges between 2 Hz and 20 kHz.
Ainsi, l'utilisation, en combinaison, d'un tel support d'enregistrement et du codage haute fréquence mentionné précédemment, permet l'adjonction d'une modulation quasi inaudible pour l'oreille humaine dans la bande passante audiophonique d'un disque compact et permet d'envisager pour l'invention, des applications ludiques d'une façon générale, comme par exemple des applications de karaoké. Thus, the use, in combination, of such a recording medium and of the high frequency coding mentioned above, allows the addition of a modulation almost inaudible for the human ear in the audio bandwidth of a compact disc. and makes it possible to envisage, for the invention, fun applications in general, such as for example karaoke applications.
Si le signal acoustique principal choisi comporte un spectre de fréquences s'étendant au-delà la première fréquence prédéterminée, par exemple 15 kHz, il est préférable, pour faciliter le décodage ultérieur, d'élaborer ce signal acoustique principal en filtrant un signal acoustique initial, par exemple un morceau de musique, avec un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure, par exemple 14 kHz, est inférieure à ladite première fréquence. If the main acoustic signal chosen comprises a frequency spectrum extending beyond the first predetermined frequency, for example 15 kHz, it is preferable, to facilitate subsequent decoding, to develop this main acoustic signal by filtering an initial acoustic signal , for example a piece of music, with a low-pass filter whose cut-off frequency, for example 14 kHz, is lower than said first frequency.
Bien que l'invention permette en théorie l'utilisation d'une modulation d'amplitude à partir de deux signaux dont les fréquences seraient supérieures à la première fréquence et auraient respectivement deux niveaux d'amplitude correspondant aux deux valeurs logiques d'un bit, il est préférable d'utiliser une modulation purement fréquentielle dans laquelle on élabore respectivement les deux signaux auxiliaires à partir de deux signaux de base ayant respectivement deux fréquences différentes toutes deux supérieures à la première fréquence. On utilisera par exemple à cet effet deux signaux périodiques tels que des porteuses sinusoïdales ayant par exemple des fréquences respectives de 17 kHz et 19 kHz correspondant respectivement aux valeurs logiques 0 et 1 d'un bit. En effet, une telle modulation de fréquences se révèle parfaitement adaptée à un support numérique audiophonique car elle est raisonnablement peu dépendante de l'amplitude du signal. En effet, il n'est pas possible de maîtriser l'amplitude, c'est-à-dire le niveau, du signal sur une sortie ligne d'un lecteur de disque compact, et encore moins sur une sortie casque où celui-ci dépend directement du volume qu'a choisi l'utilisateur. En outre, le débit numérique d'un disque compact est constant et précis ce qui permet à la modulation selon l'invention de ne pas subir de phénomène de glissement des fréquences. Although the invention theoretically allows the use of amplitude modulation from two signals whose frequencies are greater than the first frequency and have respectively two amplitude levels corresponding to the two logical values of a bit, it is preferable to use a purely frequency modulation in which the two auxiliary signals are respectively produced from two basic signals having respectively two different frequencies both higher than the first frequency. For this purpose, for example, two periodic signals will be used such as sinusoidal carriers having for example respective frequencies of 17 kHz and 19 kHz corresponding respectively to the logical values 0 and 1 of a bit. Indeed, such frequency modulation proves to be perfectly suited to a digital audio support since it is reasonably little dependent on the amplitude of the signal. Indeed, it is not possible to control the amplitude, that is to say the level, of the signal on a line output of a compact disc player, and even less on a headphone output where it directly depends on the volume chosen by the user. In addition, the digital bit rate of a compact disc is constant and precise, which allows the modulation according to the invention not to undergo frequency sliding phenomenon.
Afin de limiter davantage le spectre de la modulation, l'élaboration d'un signal auxiliaire comprend un filtrage au moins passe-haut du signal de base correspondant, la fréquence de coupure du filtre passe-haut étant choisie au moins égale à ladite première fréquence et inférieure à la plus faible des fréquences des deux signaux de base. In order to further limit the modulation spectrum, the development of an auxiliary signal comprises at least high-pass filtering of the corresponding base signal, the cut-off frequency of the high-pass filter being chosen at least equal to said first frequency and lower than the lower of the frequencies of the two basic signals.
Ceci étant, lorsqu'on enregistre le signal acoustique porteur sur un support ayant une bande passante prédéterminée, par exemple un disque compact, il est particulièrement avantageux d'utiliser un filtre passe-bande pour effectuer un filtrage du signal de base correspondant à chaque signal auxiliaire, notamment pour éviter tout repliement éventuel de spectre. La fréquence de coupure basse du filtre passe-bande est alors choisie au moins égale à ladite première fréquence et inférieure à la plus faible des fréquences des deux signaux de base tandis que la fréquence de coupure haute du filtre passe-bande est choisie inférieure ou égale à la limite supérieure de la bande passante du support et supérièure à la plus élevée des fréquences des signaux de base. However, when recording the acoustic carrier signal on a medium having a predetermined bandwidth, for example a compact disc, it is particularly advantageous to use a bandpass filter to perform a filtering of the basic signal corresponding to each signal auxiliary, in particular to avoid any possible aliasing of the spectrum. The low cutoff frequency of the bandpass filter is then chosen at least equal to said first frequency and lower than the lower of the frequencies of the two basic signals while the high cutoff frequency of the bandpass filter is chosen lower or equal. at the upper limit of the support bandwidth and higher than the higher of the frequencies of the basic signals.
Ainsi, avec les exemples évoqués plus haut, on choisira avantageusement un filtre passe-bande centré autour de 18 kHz avec une largeur de bande passante de 4 kHz. Thus, with the examples mentioned above, it will be advantageous to choose a bandpass filter centered around 18 kHz with a bandwidth of 4 kHz.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on sélectionne d'abord l'un ou l'autre des signaux de base puis on filtre le signal de base sélectionné. According to an embodiment of the method according to the invention, first one or the other of the basic signals is selected and then the selected basic signal is filtered.
Avant d'effectuer l'étape de mélange du signal auxiliaire avec le signal principal, il est préférable, en particulier lorsqu'on utilise un disque compact comme support d'enregistrement, d'effectuer une pondération de niveau sur les deux signaux à mélanger. Before performing the step of mixing the auxiliary signal with the main signal, it is preferable, in particular when using a compact disc as a recording medium, to carry out a level weighting on the two signals to be mixed.
D'une façon générale, le procédé selon l'invention qui vient d'être évoqué, s'analyse également en d'autres termes comme un procédé d'obtention d'un signal acoustique porteur contenant un message numérique. Ainsi, selon l'invention, le signal acoustique porteur obtenu comporte généralement, en particulier lorsqu'on utilise une modulation purement fréquentielle prévoyant deux signaux de base de fréquences différentes, un spectre de fréquences comportant, audelà de ladite première fréquence, un lobe principal au voisinage de la fréquence médiane des deux fréquences des deux signaux de base, par exemple 18 kHz, et au moins deux lobes secondaires de part et d'autre du lobe principal et respectivement situés au voisinage des deux fréquences (par exemple 17 kHz et 19 kHz) des deux signaux de base. In general, the method according to the invention which has just been mentioned, can also be analyzed in other words as a method for obtaining a carrier acoustic signal containing a digital message. Thus, according to the invention, the carrier acoustic signal obtained generally comprises, in particular when using a purely frequency modulation providing for two basic signals of different frequencies, a frequency spectrum comprising, beyond said first frequency, a main lobe at vicinity of the median frequency of the two frequencies of the two basic signals, for example 18 kHz, and at least two secondary lobes on either side of the main lobe and respectively located in the vicinity of the two frequencies (for example 17 kHz and 19 kHz ) of the two basic signals.
L'invention a également pour objet un procédé de décodage d'un message numérique inséré dans un signal acoustique porteur et dans lequel tout bit du message est codé selon sa valeur logique à partir de deux signaux auxiliaires différents prédéterminés présentant chacun un spectre de fréquences s'étendant au-delà d'une première fréquence choisie quasi inaudible pour l'oreille humaine. Selon l'invention, ce procédé de décodage comporte un filtrage passe-haut du signal porteur avec un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure est voisine de ladite première fréquence, par exemple 16 kHz, et un traitement d'analyse du signal filtré de façon à déduire la valeur logique de chaque bit du message. The subject of the invention is also a method of decoding a digital message inserted in a carrier acoustic signal and in which any bit of the message is coded according to its logic value from two different predetermined auxiliary signals each having a frequency spectrum s extending beyond a first chosen frequency almost inaudible to the human ear. According to the invention, this decoding method comprises a high-pass filtering of the carrier signal with a high-pass filter whose cut-off frequency is close to said first frequency, for example 16 kHz, and an analysis processing of the filtered signal so as to deduce the logical value of each bit of the message.
Lorsque le message est codé à partir de deux signaux de base ayant respectivement deux fréquences différentes toutes deux supérieures à ladite première fréquence, le traitement d'analyse comprend une détection des fréquences successives du signal filtré, notamment à partir d'une boucle à verrouillage de phase. When the message is coded on the basis of two basic signals having respectively two different frequencies both higher than said first frequency, the analysis processing comprises a detection of the successive frequencies of the filtered signal, in particular from a locking loop of phase.
Lorsque le signal porteur est enregistré sur un support d'enregistrement, par exemple un support numérique audiophonique, on restitue également le signal acoustique porteur de façon acoustique, par exemple au moyen d'un lecteur de disque compact, et on capte le signal acoustique porteur avant sa restitution acoustique, par exemple au niveau de la sortie ligne ou de la sortie casque du lecteur et d'une façon plus générale au niveau d'une borne placée en amont du hautparleur, de façon à effectuer le décodage du ou des bits du message à partir du signal acoustique porteur ainsi capté. En d'autres termes, on prévoit avantageusement une liaison filaire entre le lecteur du support et un boîtier incorporant les moyens de traitement et d'analyse du signal reçu, de façon à s'affranchir au maximum des parasites sonores éventuels. When the carrier signal is recorded on a recording medium, for example an audiophonic digital medium, the carrier acoustic signal is also acoustically restored, for example by means of a compact disc player, and the carrier acoustic signal is picked up. before its acoustic reproduction, for example at the line output or the headphone output of the reader and more generally at a terminal placed upstream of the speaker, so as to decode the bit or bits of the message from the carrier acoustic signal thus received. In other words, a wire connection is advantageously provided between the reader of the support and a box incorporating the means for processing and analysis of the received signal, so as to overcome any noise interference as much as possible.
L'invention a également pour objet un dispositif d'insertion d'un message numérique dans un signal acoustique porteur. Selon une caractéristique générale de l'invention ce dispositif comprend des moyens de sélection aptes à sélectionner, pour chaque bit du message et selon la valeur logique dudit bit, l'un ou l'autre de deux signaux auxiliaires différents présentant chacun un spectre de fréquences s'étendant au-delà d'une première fréquence choisie quasi inaudible pour l'oreille humaine, et des moyens de mélange du signal auxiliaire sélectionné avec un signal acoustique principal choisi, de façon à former le signal acoustique porteur contenant le message. The invention also relates to a device for inserting a digital message into a carrier acoustic signal. According to a general characteristic of the invention, this device comprises selection means capable of selecting, for each bit of the message and according to the logical value of said bit, one or the other of two different auxiliary signals each having a frequency spectrum extending beyond a first chosen frequency almost inaudible to the human ear, and means for mixing the selected auxiliary signal with a chosen main acoustic signal, so as to form the carrier acoustic signal containing the message.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des premiers moyens d'élaboration du signal acoustique principal comportant une entrée principale pour un signal acoustique initial et un filtre passe-bas, relié à l'entrée, dont la fréquence de coupure est inférieure à ladite première fréquence. According to one embodiment of the invention, the device comprises first means for developing the main acoustic signal comprising a main input for an initial acoustic signal and a low-pass filter, connected to the input, the cut-off frequency of which is less than said first frequency.
Les moyens de sélection peuvent comprendre par ailleurs une entrée auxiliaire pour deux signaux de base, par exemple deux porteuses sinusoïdales, ayant respectivement deux fréquences différentes toutes deux supérieure s à ladite première fréquence, ainsi que des deuxièmes moyens d'élaboration du signal auxiliaire sélectionné. The selection means may also comprise an auxiliary input for two basic signals, for example two sinusoidal carriers, having respectively two different frequencies each greater than said first frequency, as well as second means for processing the selected auxiliary signal.
Notamment lorsque le traitement est numérique, les deuxièmes moyens d'élaboration peuvent comporter une mémoire pour stocker un ensemble de données numériques relatives à N signaux de base successifs correspondant successivement aux valeurs logiques de
N bits successifs correspondant respectivement aux valeurs logiques de N bits successifs du message. Le filtre passe-haut, et de préférence passe-bande, destiné à filtrer les signaux de base sélectionnés, est alors relié en sortie de la mémoire pour délivrer un deuxième ensemble de données numériques représentatif d'un signal auxiliaire global codant les N bits.In particular when the processing is digital, the second processing means may include a memory for storing a set of digital data relating to N successive basic signals successively corresponding to the logical values of
N successive bits corresponding respectively to the logical values of N successive bits of the message. The high-pass filter, preferably a band-pass filter, intended to filter the selected basic signals, is then connected at the output of the memory to deliver a second set of digital data representative of a global auxiliary signal coding the N bits.
L'invention a également pour objet un dispositif de décodage d'un message numérique inséré dans le signal acoustique porteur et dans lequel tout bit du message est codé selon sa valeur logique à partir de deux signaux auxiliaires différents prédéterminés présentant chacun un spectre de fréquences s'étendant au-delà d'une première fréquence choisie quasi inaudible pour l'oreille humaine. Selon l'invention ce dispositif comprend des moyens de réception du signal acoustique porteur, un filtre passe-haut relié aux moyens de réception et dont la fréquence de coupure est voisine de ladite première fréquence, par exemple 16 kHz, et des moyens d'analyse du signal filtré de façon à déduire la valeur logique de chaque bit du message. Another subject of the invention is a device for decoding a digital message inserted in the carrier acoustic signal and in which any bit of the message is coded according to its logical value from two different predetermined auxiliary signals each having a frequency spectrum s extending beyond a first chosen frequency almost inaudible to the human ear. According to the invention, this device comprises means for receiving the acoustic carrier signal, a high-pass filter connected to the reception means and whose cut-off frequency is close to said first frequency, for example 16 kHz, and analysis means of the filtered signal so as to deduce the logical value of each bit of the message.
Lorsque tout bit du message est codé selon sa valeur logique à partir de deux signaux de base ayant respectivement deux fréquences différentes toutes deux supérieures à ladite première fréquence, les moyens d'analyse comprennent avantageusement une boucle à verrouillage de phase dont la plage de capture contient les deux fréquences des deux signaux de base utilisés. When any bit of the message is coded according to its logical value from two basic signals having respectively two different frequencies both greater than said first frequency, the analysis means advantageously comprise a phase locked loop whose capture range contains the two frequencies of the two basic signals used.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est un synoptique schématique d'un dispositif d'insertion d'un message numérique selon l'invention permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- les figures 2 et 3 illustrent schématiquement deux gabarits de filtre utilisés dans le dispositif de la figure 1, et
- la figure 4 est un synoptique schématique d'un dispositif de décodage selon l'invention permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.Other advantages and characteristics of the invention will become apparent on examining the detailed description of embodiments and implementation of the invention, in no way limiting, and the appended drawings in which
FIG. 1 is a schematic block diagram of a device for inserting a digital message according to the invention enabling the method according to the invention to be implemented,
FIGS. 2 and 3 schematically illustrate two filter templates used in the device of FIG. 1, and
- Figure 4 is a schematic block diagram of a decoding device according to the invention allowing the implementation of the method according to the invention.
Tel qu'illustré sur la figure 1, le dispositif d'insertion DI comporte deux voies de traitement aboutissant à un mélangeur 44. As illustrated in FIG. 1, the insertion device DI has two processing channels leading to a mixer 44.
La première de ces voies concerne un signal acoustique initial SA1 issu de moyens d'entrée 1. Ces moyens d'entrée peuvent simplement consister en une borne d'entrée, par exemple un microphone, recevant le signal d'une source extérieure, par exemple un morceau de musique diffusé. Les moyens 1 peuvent également incorporer une carte-son (par exemple du type connu par l'homme du métier sous la dénomination "Sound Blaster") associée à un microordinateur permettant la génération informatique d'un signal sonore. The first of these channels relates to an initial acoustic signal SA1 coming from input means 1. These input means can simply consist of an input terminal, for example a microphone, receiving the signal from an external source, for example a piece of music played. The means 1 can also incorporate a sound card (for example of the type known by a person skilled in the art under the name "Sound Blaster") associated with a microcomputer allowing the computer generation of a sound signal.
Bien entendu dans le cas où le signal acoustique initial est issu d'un microphone, il est prévu un convertisseur analogique/ numérique avant traitement ultérieur numérique. Of course in the case where the initial acoustic signal comes from a microphone, an analog / digital converter is provided before subsequent digital processing.
Bien que l'invention permette l'utilisation d'un très large éventail de signaux acoustiques, on pourra par exemple choisir un morceau de musique, ou bien un texte parlé pour y incorporer le message numérique souhaité. On utilisera par ailleurs de préférence un signal acoustique ne comportant pas de "blanc", de façon à masquer au maximum la modulation de fréquences utilisée. Although the invention allows the use of a very wide range of acoustic signals, one can for example choose a piece of music, or a spoken text to incorporate the desired digital message. In addition, an acoustic signal preferably comprising no "blank" will preferably be used, so as to mask as much as possible the frequency modulation used.
Le signal acoustique initial SA1 est ensuite filtré dans un filtre passe-bas à flancs raides 2 dont la fréquence de coupure est prise ici égale à 14 kHz. Tel qu'illustré sur la figure 2, le gabarit G1 du filtre numérique utilisé prévoit une atténuation minimale de 44 décibels des fréquences situées au-delà de 14 kHz. Ainsi, le spectre de fréquences du signal acoustique SA1 est débarrassé au maximum des fréquences supérieures à 14 kHz de façon à pouvoir accueillir la modulation de fréquence qui va être décrite plus en détail ci-après. The initial acoustic signal SA1 is then filtered in a low-pass filter with steep sides 2, the cut-off frequency of which is taken here equal to 14 kHz. As illustrated in FIG. 2, the template G1 of the digital filter used provides for a minimum attenuation of 44 decibels of the frequencies situated above 14 kHz. Thus, the frequency spectrum of the acoustic signal SA1 is freed at the most of the frequencies above 14 kHz so as to be able to accommodate the frequency modulation which will be described in more detail below.
Sur la deuxième voie de traitement, est prévu un générateur 4 apte à générer deux signaux de base SBi formés ici de deux porteuses sinusoïdales ayant respectivement des fréquences de 17 et 19 kHz. Ces porteuses peuvent être aisément réalisées de façon numérique au moyen d'un micro-ordinateur. On the second processing channel, a generator 4 is provided capable of generating two basic signals SBi formed here by two sinusoidal carriers having frequencies of 17 and 19 kHz respectively. These carriers can easily be produced digitally by means of a microcomputer.
Par ailleurs, l'ensemble des bits du message MS à insérer est stocké dans une mémoire du micro-ordinateur et est ensuite délivré, sous la forme d'un signal binaire SBA à l'unité de traitement 6 du micro-ordinateur qui effectue la sélection de la porteuse correspondante SBi en fonction de la valeur logique du bit courant du message. Par exemple, on choisira une porteuse de 17 kHz pour un bit de valeur logique 0 et une porteuse de 19 kHz pour un bit de valeur logique 1. Furthermore, all of the bits of the message MS to be inserted are stored in a memory of the microcomputer and are then delivered, in the form of a binary signal SBA to the processing unit 6 of the microcomputer which performs the selection of the corresponding carrier SBi as a function of the logical value of the current bit of the message. For example, we will choose a carrier of 17 kHz for a bit of logical value 0 and a carrier of 19 kHz for a bit of logical value 1.
Dans le mode de réalisation décrit ici, un temps bit vaut 1 ms. L'unité de traitement génère donc pour chaque bit, une porteuse de fréquence appropriée durant 1 ms, qui pourrait être de plus encadrée par un quart d'enveloppe cosinusoidale au début et à la fin de la porteuse afin de limiter le spectre de la modulation. In the embodiment described here, a bit time is equal to 1 ms. The processing unit therefore generates for each bit, a carrier of appropriate frequency for 1 ms, which could moreover be framed by a quarter of cosine envelope at the beginning and at the end of the carrier in order to limit the spectrum of the modulation. .
L'ensemble des données numériques résultant de cette modulation est stocké dans une mémoire du micro-ordinateur et correspond à un signal global SAX. All of the digital data resulting from this modulation is stored in a memory of the microcomputer and corresponds to a global signal SAX.
Ce signal global SAX est ensuite filtré dans un filtre numérique passe-bande 7 dont le gabarit G2 est illustré sur la figure 3. This global signal SAX is then filtered in a digital bandpass filter 7 whose template G2 is illustrated in FIG. 3.
Plus précisément, ce filtre passe-bande est à flancs raides et est centré autour d'une fréquence de coupure de 18 kHz avec une bande passante de 4 kHz. Ce filtre propose une atténuation minimale de 39,5 décibels des fréquences qui ne sont pas comprises dans sa bande passante 16-20 kHz. More specifically, this bandpass filter is with steep sides and is centered around a cutoff frequency of 18 kHz with a passband of 4 kHz. This filter offers a minimum attenuation of 39.5 decibels for frequencies that are not included in its 16-20 kHz bandwidth.
Le signal filtré SAF, sous la forme d'un fichier de données numériques, est ensuite pondéré en niveau par des moyens de pondération 8 et avec un coefficient de pondération de 0,3, de façon à obtenir un signal auxiliaire global SA4 contenant une succession de signaux auxiliaires élaborés à partir de l'un ou l'autre des signaux de base SBi selon les valeurs logiques respectives de la succession des bits de message. The filtered signal SAF, in the form of a digital data file, is then weighted in level by weighting means 8 and with a weighting coefficient of 0.3, so as to obtain a global auxiliary signal SA4 containing a succession auxiliary signals developed from one or other of the basic signals SBi according to the respective logical values of the succession of the message bits.
De même, le fichier correspondant au signal filtré SA2 délivré par le filtre passe-bas 2 est également pondéré par des moyens de pondération 3 avec un coefficient de pondération de 0,8 de façon à obtenir un signal principal SA3. La pondération de niveaux permet d'une part de respecter la normalisation prévue pour l'enregistrement d'un signal sonore sur un disque compact, et d'autre part de contribuer à éviter une saturation de l'étage d'entrée du dispositif de décodage décrit ci-après. Likewise, the file corresponding to the filtered signal SA2 delivered by the low-pass filter 2 is also weighted by weighting means 3 with a weighting coefficient of 0.8 so as to obtain a main signal SA3. The weighting of levels makes it possible on the one hand to comply with the standardization provided for recording a sound signal on a compact disc, and on the other hand to contribute to avoiding saturation of the input stage of the decoding device described below.
Les deux signaux pondérés respectifs SA3 et SA4 sont ensuite additionnés dans l'additionneur 44. The two respective weighted signals SA3 and SA4 are then added in the adder 44.
Dans l'exemple qui vient d'être décrit, tous ces moyens sont réalisés de façon logicielle au sein du micro-ordinateur. Plus précisément, en ce qui concerne l'obtention des filtres numériques, l'homme du métier pourra par exemple utiliser le logiciel PC FILTER de la Société américaine ARTEC HOUSE INC. In the example which has just been described, all of these means are implemented in software within the microcomputer. More specifically, with regard to obtaining digital filters, a person skilled in the art may for example use the PC FILTER software from the American company ARTEC HOUSE INC.
Le signal acoustique porteur résultant SAP est ensuite enregistré par des moyens classiques d'enregistrement 9, sur un support numérique audiophonique (disque compact). The resulting carrier acoustic signal SAP is then recorded by conventional recording means 9, on an audiophonic digital medium (compact disc).
Tel qu'illustré sur la figure 4, le dispositif de décodage d'essai selon l'invention comporte essentiellement un boîtier 14 relié par un cordon 12 à la sortie ligne ou la sortie casque d'un lecteur de disque compact 11. D'une façon générale, on se branche avantageusement en amont du haut-parleur 111 du lecteur 1 1 restituant de façon acoustique le signal acoustique porteur analogique SAP contenu dans le disque compact 10, après amplification 110. De ce fait, on réalise la démodulation sur un signal analogique exempt de parasites sonores. As illustrated in FIG. 4, the test decoding device according to the invention essentially comprises a box 14 connected by a cord 12 to the line output or the headphone output of a compact disc player 11. From a in general, it is advantageously connected upstream of the loudspeaker 111 of the reader 1 1 acoustically restoring the analog carrier acoustic signal SAP contained in the compact disc 10, after amplification 110. Therefore, demodulation is carried out on a signal analog free of noise.
Le boîtier 14 loge un circuit intégré spécifique (ASIC) comprenant essentiellement un filtre passe-haut 140 ayant une fréquence de coupure de l'ordre de 16 kHz. Ce filtre est un filtre actif du deuxième ordre, par exemple basé sur un montage analogique classique à base d'amplificateurs opérationnels. The housing 14 houses a specific integrated circuit (ASIC) essentially comprising a high-pass filter 140 having a cut-off frequency of the order of 16 kHz. This filter is a second order active filter, for example based on a conventional analog circuit based on operational amplifiers.
Le signal issu du filtre 140 et référencé SAPF, est ensuite amplifié dans un amplificateur écrêteur 141 avant de subir une démodulation au moyen d'une boucle à verrouillage de phase 142. On pourra à cet effet utiliser par exemple un circuit XR 2211 de la Société
EXAR.The signal from the filter 140 and referenced SAPF, is then amplified in a clipping amplifier 141 before undergoing demodulation by means of a phase locked loop 142. For this purpose, it is possible to use, for example, an XR 2211 circuit from the Company.
EXAR.
En pratique, une telle boucle à verrouillage de phase présente une plage de fréquences de capture allant de 16 kHz à 20 kHz avec une fréquence de l'oscillateur au repos de l'ordre de 18 kHz. La boucle à verrouillage de phase va donc détecter les fréquences successives (17 kHz au 19 kHz) contenues dans le signal filtré SAPF de façon à en déduire les valeurs logiques des bits successifs reçus. In practice, such a phase locked loop has a capture frequency range from 16 kHz to 20 kHz with an oscillator frequency at rest of the order of 18 kHz. The phase locked loop will therefore detect the successive frequencies (17 kHz to 19 kHz) contained in the filtered signal SAPF so as to deduce therefrom the logical values of the successive bits received.
Selon les lecteurs de disques compacts utilisés, il est particulièrement avantageux de prévoir avant le filtre passe-haut 140, en combinaison avec un haut-parleur, un préamplificateur bassefréquence dont le coefficient d'amplification est ajusté d'une part de façon à avoir un niveau sonore correct sans que le réglage de volume du lecteur ne soit trop élevé, ce qui permet d'éviter la saturation, et d'autre part de façon à forcer l'utilisateur à régler correctement le volume de son lecteur pour éviter d'obtenir en sortie un son trop faible ce qui rendrait le décodage plus difficile. Depending on the CD players used, it is particularly advantageous to provide, before the high-pass filter 140, in combination with a loudspeaker, a low-frequency preamplifier whose amplification coefficient is adjusted on the one hand so as to have a correct sound level without the volume control of the player being too high, which avoids saturation, and on the other hand so as to force the user to correctly adjust the volume of his player to avoid obtaining too low a sound output which would make decoding more difficult.
Le boîtier 14 inclut enfin un microcontrôleur (non représenté ici à des fins de simplification) exploitant les données numériques du message. Ces données numériques peuvent être par exemple stockées dans une mémoire et constituer ainsi les bonnes réponses d'un jeu qui seront destinées à être comparées avec des réponses du joueur introduites dans le boîtier à l'aide d'un clavier. En outre, notamment dans les applications de karaoté, les données numériques du message peuvent être également affichées sur un écran du boîtier de façon à permettre à l'utilisateur de visualiser les paroles de la chanson écoutée. The housing 14 finally includes a microcontroller (not shown here for the sake of simplification) exploiting the digital data of the message. This digital data can for example be stored in a memory and thus constitute the correct answers of a game which will be intended to be compared with responses of the player entered in the box using a keyboard. In addition, in particular in karaoke applications, the digital data of the message can also be displayed on a screen of the box so as to allow the user to view the lyrics of the song being listened to.
L'invention permet donc de pouvoir transmettre, de façon quasi inaudible pour l'oreille humaine, un message numérique au sein d'un signal sonore porteur. Le son produit par la modulation de fréquences selon l'invention, très aigu, est en effet inaudible pour la plupart des auditeurs. En outre, l'amplitude de la porteuse n'a pas à être importante par rapport à l'amplitude moyenne du signal sonore. The invention therefore makes it possible to be able to transmit, in a manner almost inaudible to the human ear, a digital message within a carrier sound signal. The sound produced by the frequency modulation according to the invention, very acute, is inaudible for most listeners. In addition, the amplitude of the carrier need not be large compared to the average amplitude of the sound signal.
Enfin, le signal sonore et la modulation transportant les données sont totalement indépendants. Le débit d'informations est donc seulement fixé par les caractéristiques de la modulation (bande passante allouée, taux de modulation) et les performances du démodulateur (complexité, coût). Plus précisément, un débit de 1000 bps est compatible avec une électronique simple. En ce qui concerne le protocole de transmission, qui exclut l'échange bidirectionnel des informations entre l'émetteur et le récepteur, on prévoira avantageusement un en-tête de synchronisation précédent la partie utile de tout message numérique.Finally, the sound signal and the modulation carrying the data are completely independent. The information rate is therefore only fixed by the characteristics of the modulation (allocated bandwidth, modulation rate) and the performance of the demodulator (complexity, cost). More precisely, a speed of 1000 bps is compatible with simple electronics. As regards the transmission protocol, which excludes the bidirectional exchange of information between the transmitter and the receiver, a synchronization header preceding the useful part of any digital message will advantageously be provided.
En pratique, on prévoira un en-tête de synchronisation suffisamment long, constitué par exemple d'une suite de bits de valeurs logiques différentes, de façon à autoriser une inévitable perte des premiers bits reçus par le démodulateur. In practice, a sufficiently long synchronization header will be provided, consisting for example of a series of bits of different logical values, so as to allow an inevitable loss of the first bits received by the demodulator.
Claims (27)
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|---|---|---|---|
| FR9701358A FR2759231A1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Inserting digital data message in audio carrier signal |
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| FR9701358A FR2759231A1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Inserting digital data message in audio carrier signal |
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| FR2759231A1 true FR2759231A1 (en) | 1998-08-07 |
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Family Applications (1)
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| FR (1) | FR2759231A1 (en) |
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