JP2003530763A

JP2003530763A - 多帯域スペクトルオーディオ符号化

Info

Publication number: JP2003530763A
Application number: JP2001575015A
Authority: JP
Inventors: ベヌゴパルスリニバサン
Original assignee: ニールセンメディアリサーチインコーポレイテッド
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2003-10-14
Also published as: MXPA02009683A; NO20024778D0; EP1269669A2; AU2001251274B2; ZA200207800B; CN1422466A; CA2405179A1; CN1645774A; WO2001078271A2; AU2005200858A1; US20050177361A1; AU2005200858B2; NO20024778L; EP1269669B1; CA2405179C; WO2001078271A3; AU5127401A; US6968564B1; BR0107542A

Abstract

(57)【要約】エンコーダは、オーディオ信号をサンプリングし、かつサンプリングされたオーディオの複数の短いブロックを試料から作製するサンプラを含む。それぞれの短いブロックは、最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を有する。プロセッサは、複数の短いブロックを組み合わせて長いブロックとする。長いブロックは、複数の独立して変調可能な周波数指数を有する周波数ドメイン信号に変換される。互いに隣接する指数間の周波数差は、最小持続時間およびサンプラのサンプリング速度によって決定される。周波数指数の近傍としては、近傍内の最低指数と最高指数との周波数差が所定の値よりも小さくなるような近傍が選択される。近傍の総エネルギーを一定に維持しつつ選択された1つの指数を極値にするように、近傍において2つ以上の指数が変調される。複数の周波数帯域がこのように符号化される。周波数帯域の大部分において、デコーダが変調された指数を検出した場合に、デコーダは、一つまたは複数のビットが受信されたと結論を下す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連出願本出願は、1998年7月16日に出願された米国特許出願第09/116,397号、1999年1
0月27日に出願された米国特許出願第09/427,970号、および1999年10月27日に出
願された米国特許出願第09/428,425号における開示に類似した開示を含んでいる
。

【０００２】発明の技術分野本発明は、オーディオ信号に不可聴符号を付加し、その後その符号を回収する
システムおよび方法に関する。このような符号は例えば、放送プログラムを識別
するために視聴率測定用途で使用することができる。

【０００３】発明の背景付加された符号が認識されないように、信号に補助符号を付加するための多数
の構成がある。例えば、符号をビデオの垂直帰線消去間隔に挿入するか、または
ビデオの水平帰線間隔に挿入することによってビデオの不可視部分に補助符号を
隠すことができることはテレビ放送において公知である。ビデオの不可視部分に
符号を隠す例示的なシステムは、「AMOL」と呼ばれており、米国特許第4,025,85
1号で開示されている。このシステムは、テレビプログラムの放送とそのような
放送の時間を監視するために本特許出願の承継人によって使用されている。

【０００４】他の既知のビデオ符号化システムは、テレビ信号の伝送帯域幅の、他の場合に
は信号エネルギーをほとんど搬送しない部分に補助信号を埋めるものである。ド
ーティー（Dougherty）は、本特許出願の承継人に譲渡された米国特許第5,629,7
39号においてこのようなシステムの例を開示している。

【０００５】オーディオ信号を識別するため、およびおそらく信号分配チェーンを介したこ
のような経路を追跡するために、このような信号に補助信号を付加することも知
られている。オーディオ符号化は、テレビには適用できないが、無線放送および
録音済みの音楽には適用できるという自明の利点を有する。さらに、受信機のス
ピーカは、オーディオ信号に付加された補助符号をオーディオ信号出力において
再生する。したがって、オーディオ符号化では、非侵略的な捕捉（受信機の内部
に侵入せずに符号を捕捉する）を行うと共に、マイクロフォンを入力として有す
る機器を用いて符合を解読することができる。さらに、オーディオ符号化では、
パネリストによって携帯される携帯測定機器を使用することによって放送視聴率
を測定することができる。

【０００６】放送視聴率測定用のオーディオ信号符号化の分野において、クロスビー（Cros
by）は、米国特許第3,845,391号において、元のオーディオ信号が削除されてい
る狭い周波数「ノッチ（notch）」に符号を挿入するオーディオ符号化手法を開
示している。このノッチは一定の所定の周波数（例えば、40Hz）で形成される。
この手法では、符号を含む元のオーディオ信号の強度が低いときに可聴である符
号が得られる。

【０００７】クロスビー（Crosby）の特許の後、一連の改良が行われた。そのため、ハワー
ド（Howard）は、米国特許第4,703,476号において、符号信号のマークおよびス
ペース部分に2つの別々のノッチ周波数を用いることを開示している。クラマー
（Kramer）は、米国特許第4,931,871号および米国特許第4,945,412号において、
特に、符号が付加されるオーディオ信号の振幅を追跡する振幅を有する符号信号
の使用を開示している。

【０００８】オーディオ信号において放送された不可聴符号を検出して記憶することのでき
るマイクロフォンを備えたオーディオ監視装置をパネリストが携帯する放送視聴
率測定システムも知られている。例えば、アジャラ（Aijalla）らは、国際公開
広報第94/11989号および米国特許第5,579,124号において、スペクトル拡散技術
を用いてオーディオ信号に符号を付加する構成について説明している。この符号
は知覚されず、あるいは低レベルの「静的（static）」雑音として聞こえるに過
ぎない。

【０００９】また、ジェンセン（Jensen）らは、米国特許第5,450,490号において、一定の1
組の周波数で符号を付加し、2つのマスキング信号のうちの一方を使用する構成
を開示している。マスキング信号の選択は、符号が付加されるオーディオ信号の
周波数分析に基づいて行われる。ジェンセン（Jensen）らは、所定の1組の周波
数間隔の各周波数間隔で使用すべき最大符号エネルギーを選択する構成を開示し
ておらず、またスペクトル成分間でエネルギーを伝達し、それによって総音響エ
ネルギーを一定に維持するエネルギー交換符号化も開示していない。

【００１０】プレウス（Preuss）らは、米国特許第5,319,735号において、好ましくは19dB
である入力信号強度に対する一定の比率（符号対音楽比）で録音済みの音楽にス
ペクトル拡散符号を挿入する多帯域オーディオ符号化構成を開示している。リー
（Lee）らは、米国特許第5687191号において、デジタル化されたオーディオ信号
と共に使用するのに適したオーディオ符号化構成を開示している。いくつかの周
波数帯域のそれぞれで信号対マスク比を算出し、次いでその帯域におけるオーデ
ィオ入力の所定の比率である強度で符号を挿入することによって、符号強度が入
力信号と一致する。リー（Lee）らは、米国特許第5,824,360号において、デジタ
ル波形にデジタル情報を埋め込む方法についても説明した。

【００１１】ジェンセン（Jensen）らは、米国特許第5,764,763号において、バイナリビッ
ト（0または1）と埋め込まれたメッセージの開始位置および終了位置とを表わす
ように高分解能スペクトル中の10個の事前に選択された周波数の正弦波からなる
符号信号を最初のオーディオに付加する方法を開示している。この4つの記号を
符号化するためには40個の固有の周波数が必要である。これらの値は、代表的な
実際的な態様では1046.9Hzから2851.6Hzの範囲である。スペクトル中の互いに隣
接するライン間の周波数分離は4Hzであり、1組の40個の周波数を構成する周波数
として選択された周波数間の最小分離は8Hzである。挿入される符号信号の振幅
はマスキング分析によって調節される。解読過程において、挿入された符号信号
は、そのレベルが、ある周波数帯域について算出された雑音レベルを著しく超え
ているということによって識別される。

【００１２】符号がプログラムオーディオの聴取者の気を逸らすのを妨げるために補助符号
を低い強度で挿入することが好ましいので、このような符号は様々な信号加工動
作および外部電磁源からの干渉の影響を受けやすいことが認識されると考えられ
る。例えば、リー（Lee）らはデジタル化オーディオ信号について論じているが
、放送オーディオ信号を符号化する初期の既知の手法の多く、特に、信号のダイ
ナミックレンジを縮小する（それによって低レベル符号を検出する）可能性があ
るか、または補助符号を損傷する恐れがある信号圧縮方法を用いる手法は、現行
のデジタルオーディオ標準および提案されているデジタルオーディオ標準には適
合しない。なお、補助符号が、AC-3アルゴリズム、または将来のデジタルテレビ
放送システムで広く使用されることが予想されるISO/IEC 11172 MPEG標準で推奨
されたアルゴリズムの1つによる圧縮およびその後の展開の影響を受けないこと
が、特に重要である。

【００１３】 1998年7月16日に出願された米国特許出願第09/116,397号および1999年10月27
日に出願された米国特許出願第09/428,425号には、符号が、現行のデジタルオー
ディオ標準および提案されているデジタルオーディオ標準で必要な圧縮および展
開の影響を受けないようにオーディオ信号にこの符号を挿入するシステムおよび
方法が開示されている。選択された符号周波数での信号の振幅または位相のスペ
クトル変調を用いてオーディオ信号に符号が挿入される。これらの選択された符
号周波数は、所与のオーディオブロック内の複数の周波数セットを損なう可能性
があるが、オーディオブロックごとに異なる周波数でよく、スペクトル変調は、
振幅変調、周波数スワッピングによる変調、位相変調、および/または奇数/偶数
指数変調として実施することができる。さらに、各ブロックのオーディオ品質を
測定し、符号が聴取者に聞こえる場合に符号化を中止する手法が開示されている
。

【００１４】米国特許出願第09/116,397号および米国特許出願第09/428,425号において開示
された種類の実験的なシステムにおいて、符号化時のオーディオサンプリング過
程は、テレビプログラムのオーディオ部分に20ミリ秒を超える遅延を生じさせる
。この遅延を補正しないと、視聴されるプログラムのオーディオ部分とビデオ部
分との同期が知覚されるほど失われる。したがって、この種の実際的なシステム
は、補償ビデオ遅延回路を使用する必要があった。しかし、このような回路なし
で行うことが好ましい。

【００１５】さらに、米国特許出願第09/116,397号および米国特許出願第09/428,425号にお
いて開示された種類のシステムでは、約100Hzの間隔を置いて配置された周波数
対を操作することによって符号が付加される。したがって、これらのシステムは
、符号化された周波数の一方に対して他方よりも実質的に大きな影響を与える反
響や多重通路歪みなどの干渉を受けやすい。

【００１６】本発明は、上述の問題の1つまたは複数を解決するように構成されている。

【００１７】発明の概要本発明の一局面によると、オーディオ信号に耐干渉性で不可聴な符号を付加す
るシステムは、サンプラ、プロセッサ、周波数変換機構、周波数セレクタ、およ
びエンコーダを含む。サンプラは、オーディオ信号をあるサンプリング速度でサ
ンプリングし、サンプリングされたオーディオの複数の短いブロックを作製する
。この場合、短いブロックはそれぞれ、最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を
有する。プロセッサは、複数の短いブロックを組み合わせて、所定の最小持続時
間を有する長いブロックとするように構成される。周波数変換機構は、長いブロ
ックを、複数の独立して変調可能な周波数指数を含む周波数ドメイン信号に変換
し、この場合、2つの互いに隣接する指数間の周波数差は、最小持続時間および
サンプリング速度によって決定される。周波数セレクタは、周波数指数の近傍内
の最低指数と最高指数との周波数差が所定の値よりも小さくなるように周波数指
数の近傍を選択するように構成される。エンコーダは、近傍の総エネルギーを一
定に維持しつつ、選択された1つの指数を極値にするように近傍内の2つ以上の指
数を変調するように構成される。

【００１８】本発明の別の局面によると、複合信号の、符号化されたオーディオ部分と他の
部分との間の知覚される遅延を導入せずに、複合信号のサンプリングされたオー
ディオ部分の周波数帯域に符号を付加する方法が提供される。この方法は、a）
サンプリング速度、および周波数近傍に含まれる所定数の周波数指数のうちの互
いに隣接する周波数指数間の周波数差を選択する段階、b）サンプリング速度お
よび周波数差から試料のブロックの持続時間を求める段階、c）ブロックを構成
する整数個の連続サブブロックを判定する段階であって、整数が、各サブブロッ
クが知覚される遅延よりも短いサブブロック持続時間を有するように選択される
段階、ならびにd）この帯域の総信号エネルギーを変化させずに選択された1つの
周波数指数を変調するようにこのブロックを加工する段階を含む。

【００１９】本発明のさらに別の局面によると、オーディオ信号から符号を読み取る装置が
提供される。この符号は、オーディオ信号の所定数の試料を有する一連のブロッ
クを含み、同期ブロック、それに続く所定数のデータブロックを含む。この装置
は、バッファメモリ、周波数変換機構、プロセッサ、および投票判定機構を含む
。バッファメモリは、1つのブロックを保持するように構成される。周波数変換
機構は、1つのブロックを、所定数の周波数帯域にわたるスペクトルデータに変
換するように構成される。この場合、各周波数帯域は、周波数指数からなるそれ
ぞれの近傍を含む。プロセッサは、各近傍ごとに、周波数指数のうちのそれぞれ
の所定の周波数指数が変調されているかどうかを判定するように構成される。投
票判定機構は、周波数帯域の大部分において、それぞれの変調された周波数指数
が、同期ブロックへの挿入のために選択されたそれぞれの指数である場合に、1
つのブロックが同期ブロックであると結論を下すように構成される。プロセッサ
は、同期ブロックに続いて受信されるデータブロックの1つにおいて、周波数指
数のうちのそれぞれの所定の周波数指数が変調されているかどうかを判定するよ
うにさらに構成される。投票判定機構は、周波数帯域の大部分において、それぞ
れの変調された周波数指数が、1つのデータブロックへの挿入のために選択され
たそれぞれの指数であるかどうかを判定するようにさらに構成される。

【００２０】本発明のさらに別の局面によると、オーディオ試料の一連のブロックを所定数
の周波数帯域にわたるスペクトルデジタルに順次変換することによって、オーデ
ィオ信号から符号を読み取る方法が提供される。各周波数帯域は所定数の周波数
指数を含み、各ブロックは所定数の試料を含む。この符号は、同期ブロックおよ
び、それに続く所定数のデータブロックを含む。この方法は、a）オーディオ試
料の1つのブロックの各周波数帯域において、周波数指数の1つが変調されている
かどうかを判定する段階、b）段階a）で見出された変調された各周波数指数を、
同期ブロックのそれぞれの周波数帯域における変調のために選択された指数と比
較する段階、c）段階b）で行われた比較の大部分の結果が一致した場合に、1つ
のブロックが同期ブロックであると判定し、そうでない場合に段階a）からb）を
繰り返す段階、d）同期ブロックに続いて受信されたデータブロックの1つの各周
波数帯域において、周波数指数のうちのそれぞれの1つの指数が変調されている
かどうかを判定する段階、およびe）段階d）で見出されたそれぞれの変調された
周波数指数を、各々がそれぞれの符号ビットに一意に関連する複数の所定の指数
パターンと比較し、変調された指数の大部分が所定の指数パターンに一致する場
合にのみ符号ビットを読み取る段階を含む。

【００２１】本発明のさらなる局面によると、2つ以上の部分を有する複合信号の音調的オ
ーディオ部分に不可聴符号を付加するシステムは、サンプリング装置、プロセッ
サ、周波数変換機構、エンコーダ、信号アナライザ、およびエンコーダサスペン
ダを含む。サンプリング装置は、あるサンプリング速度でオーディオをサンプリ
ングし、サンプリングされたオーディオの複数の短いブロックを作製する。この
場合、短いブロックはそれぞれ、最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を有する
。プロセッサは、複数の短いブロックを組み合わせて、所定の最小持続時間を有
する長いブロックとするように構成される。周波数変換機構は、長いブロックを
、複数の周波数帯域に位置する複数の独立して変調可能な周波数指数を含む周波
数ドメイン信号に変換する。エンコーダは、オーディオの総音響エネルギーを一
定に維持しつつ、それぞれの選択された1つの指数を極値にするように各周波数
帯域における2つ以上の指数を変調するように構成される。信号アナライザは、
音調的オーディオ部分が所定数の近傍のうちの任意の1つの近傍内に音調的特性
を有するかどうかを判定するように構成される。エンコーダサスペンダは、音調
的オーディオ部分が音調的特性を有する任意の近傍内でのエンコーダの符号化を
中止するように構成される。

【００２２】本発明のよりさらなる局面によると、1つまたは複数の追加の部分を有する複
合信号の音調的オーディオ部分内の、所定数の周波数近傍のうちの少なくとも1
つの近傍に、不可聴符号を付加する方法が提供される。この方法は、a）オーデ
ィオ部分をサンプリングし、サンプリングされた信号から、各々が最小可聴信号
遅延よりも短い持続時間を有する複数の短いブロックを作製する段階、b）複数
の短いブロックを組み合わせて、所定の最小持続時間を有する長いブロックとす
る段階、c）長いブロックを、複数の独立して変調可能な周波数指数を含む周波
数ドメイン信号に変換する段階、d）所定数の周波数近傍のうち、もしあれば音
調的オーディオ部分が音調的特性を有する近傍を識別する段階、およびe）オー
ディオ部分の総音響エネルギーを一定に維持しつつ、このような近傍内の選択さ
れた指数を極値にするように、段階d）で識別されなかった各近傍内のそれぞれ
の指数を変調する段階、および段階d）で識別された近傍内の指数はいずれも変
調しない段階を含む。

【００２３】本発明のよりさらなる局面によると、オーディオ信号に付加された不可聴符号
を、統計サンプリングされる住居内に位置する解読装置によって読み取る放送視
聴率測定システムは、エンコーダ、受信機、およびデコーダを含む。エンコーダ
は、オーディオ信号の帯域幅内の所定数の奇数周波数帯域の各周波数帯域に所定
の符号ビットを付加するように構成される。受信機は、住居内に位置し、符号化
されたオーディオ部分を受信するように構成される。デコーダは受信機からの入
力を有し、かつデコーダは、各周波数帯域から符号ビットのそれぞれの試験値を
得て、試験値を比較し、試験値の1つを、それが周波数帯域の大部分から得られ
ている場合にのみ符号ビットであると判定し、さもなくば、符号ビットは読み取
られていないと結論を下すように構成される。

【００２４】本発明の別の局面によると、オーディオ信号に付加された不可聴符号を、統計
サンプリングされた住居ユニット内で読み取る放送視聴率測定システムは、符号
化装置、受信機、およびデコーダを含む。符号化装置は、オーディオ信号のサン
プリングされた長いブロックに符号ビットを付加するように構成されており、長
いブロックは所定数の短いブロックを含む。それぞれの短いブロックは、放送視
聴者のメンバーには十分知覚不可能なほど短いように選択された所定の持続時間
を有する。符号化装置は、オーディオ信号の総エネルギーを一定に維持しつつ、
それぞれの近傍において選択された指数を極値にするように、複数の周波数近傍
の各近傍内の選択された周波数指数を変調するようにさらに構成される。受信機
は、住居内に位置し、符号化されたオーディオ信号を受信するように構成される
。デコーダはオーディオ信号から符号を読み取るように構成される。デコーダは
受信機からの入力を有し、かつデコーダは、短いブロックの1つを記憶するよう
に構成されたバッファメモリを含む。バッファメモリは、長いブロックを記憶す
るように構成されない。

【００２５】本発明のさらなる局面によると、オーディオ信号を符号化する方法は、a）各
短いブロックが最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を有する、オーディオ信号
から複数の短いブロックを作製する段階、b）複数の短いブロックを組み合わせ
て長いブロックとする段階、c）長いブロックを、複数の独立して変調可能な周
波数指数を含むスペクトルに変換する段階、およびd）変調された指数の近傍の
総エネルギーを実質的に一定に維持しつつ、1つの指数を極値にするように、少
なくとも指数2つを変調する段階を含む。

【００２６】本発明のさらなる局面によると、オーディオ信号から符号要素を読み取る方法
は、a）オーディオ信号の少なくとも一部を、複数の周波数近傍を有する所定数
の周波数帯域にわたるスペクトルデータに変換する段階、b）各近傍ごとに、周
波数指数の1つが変調されているかどうかを判定する段階、およびc）近傍の大部
分において、それぞれの変調された周波数指数が、オーディオ信号への挿入のた
めに選択された指数である場合に、送信された符号値を符号要素に割り当てる段
階を含む。

【００２７】添付の図面を共に用いた場合、これらおよび他の特徴および利点は、本発明の
詳細な検討からさらに明らかになると考えられる。

【００２８】発明の詳細な説明オーディオ信号は通常、32kHzから48kHzの範囲のサンプリング速度でデジタル
化される。例えば、音楽のデジタル録音中には44.1kHzのサンプリング速度が使
用される。しかし、デジタルテレビ（「DTV」）では48kHzのサンプリング速度を
使用する可能性が高い。サンプリング速度の他に、オーディオ信号のデジタル化
に関係する他のパラメータには、サンプリングの各瞬間のオーディオ信号を表す
のに用いられるバイナリビットの数がある。このバイナリビット数は例えば、試
料当たり16ビットから24ビットの範囲の数であることができる。試料当たり16ビ
ットを使用することによって得られる振幅ダイナミックレンジは96dBである。こ
のデシベル測度は、最高オーディオ振幅の二乗（2¹⁶ = 65536）と最低オーディ
オ振幅の二乗（1² = 1）との比である。試料当たり24ビットを使用することによ
って得られるダイナミックレンジは144dBである。生オーディオは、44.1kHzでサ
ンプリングされ、試料表現当たり16ビットに変換され、結果として得られるデー
タ転送速度は705.6kビット/sになる。

【００２９】オーディオ信号の圧縮は、このようなデータのステレオ対をチャネル上で192k
ビット/sぐらい低いスループットで送信することを可能にするレベルに、このデ
ータ転送速度を低下させるために行われる。オーディオ圧縮は通常、変換符号化
によって行われる。例えば、試料からなるオーディオのブロックを、高速フーリ
エ変換または他の同様の周波数分析過程を適用することによってスペクトル表面
に分解することができる。あるオーディオブロックとその前または後のオーディ
オブロックとの間の境界で起こるエラーを防止するために、一般に、試料を作成
するのに重なりオーディオブロックが用いられる。重なりブロック当たり1024個
の試料が使用されるあるこのような構成において、ブロックは、512個の「古い
」オーディオ試料（すなわち、前のブロックからのオーディオ試料）と512個の
「新しい」または現在のオーディオ試料を含む。このようなブロックのスペクト
ル表現は、各々が一群のいくつかの近傍周波数を含む重大な帯域に分割される。
これらの帯域の各々におけるパワーは、帯域内の周波数成分の振幅の二乗の和を
求めることによって算出することができる。

【００３０】オーディオ圧縮は、以下のマスキング原則に基づいて行われる。ある周波数（
すなわち、マスキング周波数）に高いスペクトルエネルギーが存在するとき、そ
れよりも低いエネルギーの信号がより高いエネルギー信号の周波数に近い周波数
（すなわち、被マスキング周波数））を有する場合、人間の耳はより低いエネル
ギーの信号を知覚することができない。被マスキング周波数のより低いエネルギ
ーの信号を被マスキング信号と呼ぶ。（i）信号を可聴にするために被マスキン
グ周波数で必要な音響エネルギー、または（ii）知覚される既存のスペクトル値
のエネルギー変化を表し、各帯域ごとに動的に算出することができる。被マスキ
ング帯域における周波数成分は、このマスキング閾値に基づく比較的少ないビッ
トによって粗に表すことができる。すなわち、マスキング閾値および各帯域にお
ける周波数成分の振幅は、圧縮されたオーディオを構成するより少ない数のビッ
トを用いて符号化される。展開では、これらのデータに基づいて最初の信号が再
構成される。

【００３１】マスキング閾値は、マスキングされる音声の性質にある程度依存することが留
意されうる。音調的な音声では、音響スペクトルに1つまたはいくつかの周波数
が存在し、広帯域音響信号を加工する際には起こらない特殊なマスキング問題が
生じる。したがって、音声の一部に付加された場合にマスキングされる信号が、
音楽の、同じ音響エネルギーを有する部分に付加された場合、聴取者にはこの信
号が聞こえる。

【００３２】図1に示すテレビ視聴率測定システム10は、本発明を使用できるシステムの一
例である。テレビ視聴率測定システム10は、放送プログラム信号のオーディオ信
号部分14に補助符号を付加するエンコーダ12を含んでいる。あるいは、当技術分
野で知られているように、プログラム信号分配チェーン内の他のある位置にエン
コーダ12を設けることができる。送信機16は、符号化されたオーディオ信号部分
をプログラム信号のビデオ信号部分18と共に送信する。

【００３３】統計的に選択された測定場所22に位置する受信機20により、符号化された信号
が受信されると、符号化されたオーディオ信号部分が受信機20のスピーカ24に供
給されたときに聴取者には補助符号の存在が知覚されないにもかかわらず、受信
されたプログラム信号のオーディオ信号部分が補助信号を回復するように加工さ
れる。この目的のために、デコーダ26が、受信機20で利用可能なオーディオ出力
28に直接接続されるか、またはオーディオが再生されるスピーカ24の近傍に配置
されたマイクロフォン30に接続されている。

【００３４】米国特許出願第09/116,397号および米国特許出願第09/428,425号において開示
されたように、オーディオブロックは、48kHzのサンプリング速度でサンプリン
グされるオーディオストリームの512個の試料を含むことができる。2つのブロッ
クが緩衝されるので、この構成は、視聴者からはビデオ信号とオーディオ信号と
の同期の喪失と知覚される約22msの総遅延を含む。同期が失われないようにする
ために、ビデオ信号に補償遅延が導入される。このような補償遅延なしで済ませ
ることが好ましいので、エンコーダ12は、ビデオ/オーディオ同期が失われない
ようにし、同時に補償遅延を使用しなくて済むようにするために図2のフローチ
ャートで表される符号化を実施する。

【００３５】エンコーダ12によって実施される符号化により、完全な、すなわち「長い」符
号ブロックを、比較的小さなバッファを用いて対として加工することができ、長
さが米国特許出願第09/116,397号および米国特許出願第09/428,425号において使
用されるブロックの2分の1に過ぎない、一連の重なり合う短いブロックとして構
成することによって、オーディオ符号化遅延が、知覚されない5.3ミリ秒に短縮
される。

【００３６】米国特許出願第09/116,397号および米国特許出願第09/428,425号によると、48
kHzのサンプリング速度で収集された512個の試料のブロックを形成するのに十分
な長さを有するオーディオ信号のサンプリング間隔のスペクトル分析によって、
互いに93.75Hz分離された周波数「ライン」が得られる。これらの出願において
、近傍とは、符号化されるオーディオ部分の帯域幅全体のうちの選択された部分
内に位置する468.75Hzの近傍帯域幅をカバーする1組の5つの連続的な周波数ライ
ンである。近傍内の周波数の1つの振幅がローカル極値（すなわち、好ましい場
合には最大値。ただし、ローカル極値は最小値であってもよい）になるようにこ
の振幅を変化させることによって、バイナリデータビット、すなわち「0」また
は「1」が符号化される。同じ近傍内の他の周波数は、帯域内のエネルギー全体
を一定のレベルに維持するように別の点で変化させられる（すなわち、好ましく
は減衰される）。これを本明細書では「エネルギー交換符号化」と呼ぶ。符号ブ
ロックに必要な468.75Hzの近傍帯域幅は、単一の近傍内の2つの周波数がそれぞ
れの異なる量の変化を受けるときに符号が干渉効果を受けるのに十分な帯域幅で
あることが判明している。

【００３７】本発明の好ましいシステムにおいては、ずっと長い「長いブロック」サンプリ
ング間隔（48kHzで8192個の試料が得られる）が使用される。このより長いサン
プリング間隔によって、スペクトル線間の間隔が5.85Hzに縮小される。以下に詳
しく説明するように、この好ましいシステムは、8つの互いに隣接する周波数指
数を含む周波数近傍にエネルギー交換符号ビットを書き込む。したがって、この
周波数近傍が必要とする帯域幅は50Hz未満である。サンプリング速度、サンプリ
ング間隔内の試料の数、および近傍内の周波数指数の数をこのように選択すると
、近傍内の周波数差が非常に小さくなり、それにより、狭帯域干渉効果の影響を
受けにくい耐干渉符号が得られる。

【００３８】スペクトル変調による符号化図2に示されている、エンコーダ12によって実施される符号化の段階40で、256
個のメモリ位置を有する入力バッファが、すべてのメモリ位置をゼロに設定する
ことによって初期設定される。さらに、128個のメモリ位置を有する出力バッフ
ァが、すべてのメモリ位置をゼロに設定することによって初期設定される。さら
に、サブブロックカウンタと長ブロックカウンタが共にゼロに設定される。段階
41で、入力バッファの第二の半分のデータが第一の半分にシフトされ、一時バッ
ファの第二の半分のデータが出力バッファの第一の半分にコピーされる。

【００３９】段階42で、オーディオ信号部分14から入力バッファの第二の半分に新しいデー
タの128個の試料が読み込まれ、入力バッファが、この128個の新しい試料を、段
階41の結果として入力バッファの第一の半分に記憶されている前のブロックの最
後の128個の試料と組み合わせることによって短いブロックが構成される。エン
コーダ12は、デジタル符号を圧縮技術に適合するようにオーディオデータストリ
ームに埋め込めるように、好ましくは、圧縮時に用いられた周波数および臨界帯
域を使用しなければならない。符号化に使用されるオーディオ信号の短ブロック
長N_sは、例えばN_s = N_l/j（jは整数であり、N₁は試料内の長いブロックの長さで
ある）であるように選択することができる。N_sの適切な値は例えば256であり、N₁ の適切な値は例えば、8192である。短いブロック自体は、前のブロックの最後
の128個の試料と、図2の段階42で読み取られた新しいデータの128個の試料とで
構成される。試料は、アナログ・デジタル変換器を使用することなどにより、エ
ンコーダによってオーディオ信号部分14から得ることができる。

【００４０】短いブロック内のオーディオ信号の振幅は時間ドメイン関数v(n)（nは試料指
数）によって表すことができる。時間ドメイン関数v(n)は、段階43で試料間隔と
掛けることによって時間値に変換される。この目的のために、以下の数式に従っ
て「窓関数」が定義される。

【数１】「窓関数」は、一時バッファに記憶される窓内の信号v(n)w(n)を得るように、段
階43で掛算によってv(n)に適用される。段階44で、離散フーリエ変換、すなわち
v(n)w(n)のF(u)（uは周波数指数）が計算される。この離散フーリエ変換は、公
知の高速フーリエ変換（FFT）アルゴリズムを使用して実行することができる。

【００４１】フーリエ変換によって得られた周波数には、-127から127の範囲の指数が付け
られ、この場合、指数127はサンプリング周波数f_sのちょうど2分の1に相当する
。したがって、48kHzのサンプリング周波数の場合、最高の指数は24kHzの周波数
に相当する。したがって、この指数付けの場合、特定の周波数成分f_j（周波数は
kHz単位）に最も近い指数は、以下の数式によって与えられる。

【数２】数式（2）は、以下の考察において、周波数f_jを対応する短ブロック指数jに関係
付けるのに用いられる。上記で指摘したように、好ましい符号化構成において、
短いブロックについて算出された順次指数は、周波数187.5Hzだけ互いに分離さ
れている。これに対応して、それぞれ128個の試料を有する64個のサブブロック
で構成された長いブロックを検討する際（サブブロックは256個の試料を有する
対として加工される）、長ブロック指数JをkHz単位の高分解能スペクトル周波数
f_Jに関係付ける数式は以下のように与えられる。

【数３】数式（2）および（3）から、高（長いブロック）分解能スペクトルと低（短いブ
ロック）分解能スペクトルの両方に共通する周波数の場合J = 32jであることは
明確である。

【００４２】本発明の好ましい高分解能符号化構成では、以下に詳しく説明する「投票」構
成で使用される5つの周波数帯域が選択される。選択される周波数帯域の各々に
ついて、J_s = 32j_sにより、中央の短ブロック指数jsを中心として8つの長ブロッ
ク指数の高分解能近傍J_L = J_s - 4、J_s - 3、J_s - 2、J_s - 1、J_s、J_s + 1、J_s
+ 2、J_s + 3が定義される。このようなある態様において、選択される周波数お
よび指数を以下の表に示す。

【表１】

【００４３】上記の例示的な表に示す構成内のそれぞれの長いブロックが、8つの長いブロ
ック指数を有する近傍を定義するようにセットアップされることが認識されると
考えられる。様々な数の指数を使用してよいことが認識されると考えられる。指
数を付加すると、単一のブロックに収容できる数値範囲が拡大されるが、ブロッ
クの周波数スパンが増大し、それにより、符号は干渉効果の影響をより受けやす
くなる。

【００４４】長いブロックLが、64個のサブブロックで構成された8192個の試料からなり、
各サブブロックが128個の新しい試料を有すると仮定する。数式（1）の窓関数を
使用することによって、互いに隣接するサブブロックから256個の試料を有する
短いブロックが構成される。したがって、Lは、一連の64個の重なり合った短い
ブロックからなり、短いブロックはそれぞれ、256個の試料を有する。好都合に
は、これらの短いブロックに指数S_iを付加してよく、この短ブロック指数iは0か
ら63の範囲である。

【００４５】任意の臨界周波数帯域で起こる可能性のあるエネルギーE_bまたはマスキングエ
ネルギーレベルの最大変化を、聴取者には変調が知覚されないように判定するた
めに、段階44で、従来圧縮アルゴリズムで使用されている種類のマスキング分析
を短いブロックに適用することが好ましい。このような臨界周波数帯域は、人間
の聴覚に対して実施される実験によって求められ、スペクトルの下端部にある単
一の周波数帯域から可聴スペクトルの上端部にある10個以上の互いに隣接する周
波数を含む帯域まで様々な幅を有する。例えばMPEG-AACオーディオ圧縮標準ISO/
IEC 13818-7:1997で使用されている擬似音響モデリング方式において、臨界帯域
18は、短いオーディオブロックの指数19および20を有する2つの周波数を含む。
各臨界帯域内の音響エネルギーは、近傍のマスキングエネルギーに影響を与える
。マスキング効果を算出するアルゴリズムは、ISO/IEC 13818-7:1997などの標準
文書に記載された。「音調性」によるマスキング寄与とオーディオスペクトルの
「雑音」状フィーチャを各オーディオブロックごとに判定するのにこのような分
析を用いることができる。段階44でこのようなアルゴリズムによって算出される
音調性指数は、サブブロックが符号化時に可聴劣化を生じさせる可能性のある環
境を判定するのに有用な手段を形成する。知覚されるオーディオ劣化を生じさせ
ずに付加できる時間ドメイン符号信号の振幅を臨界帯域ごとに求めるのに、この
分析を用いることもできる。したがって、マスキングエネルギーE_jを有する臨界
帯域に属する短ブロック周波数指数jの場合、符号信号の最大振幅は以下の数式
によって与えられる。

【数４】式中、128は、スペクトルドメインから時間ドメインに変換するのに必要な係数
である。

【００４６】好ましい符号波形は、選択された帯域の対応する短いブロックの中央指数の非
常に近くにある長ブロック指数を使用して構成される。例えば、サブブロック指
数mおよび符号化帯域bを有するサブブロックS_mについて考え、長ブロック指数J_b を有するスペクトル周波数を拡張する場合、適切な符号波形は256個の試料を有
する。これはC_b(p)と示すことができ、この場合、指数pは0から255の範囲である
。好ましい態様において、これらの成分はそれぞれ、以下の関係に従うように選
択される。

【数５】式中、A_bは名目符号振幅レベルであり、J_bは長ブロック周波数空間内の指数であ
り、j_bは対応する短いブロックの中央指数であり、φ_mは以下の数式によって与
えられる。

【数６】 φ_mは、サブブロックmの開始位相角であり、φ_jは、フーリエ変換分析から得ら
れる短ブロック周波数指数j_bの位相角である。数量φ_mにより、周波数指数J_bを
有する符号成分は、長いブロックを構成するすべての64個のブロックにおいて同
相になる。表現を簡略化するために、符号信号に窓関数（図示せず）を掛けても
よいことが認識されると考えられる。

【００４７】上記のように符号波形を選択すると、エネルギー交換符号化機能が実現される
。所与の大きなブロック指数J_bの場合、数式（5）の第一の余弦項は、付加され
るエネルギーを表す。対応する短ブロック指数J_b項は、位相角が変化するため、
j_bにおけるスペクトルエネルギーが、符号化帯域b内のエネルギー全体を表し、
帯域内のすべての高分解能符号化周波数を含むという仮定の下に、補償量のエネ
ルギーを減じる。

【００４８】 J_bなどの各高分解能周波数成分が、j_bにおけるスペクトル振幅だけでなくその
近傍にも影響を及ぼすことに留意されたい。最も顕著な影響はすぐ隣りの近傍j_b - 1およびj_b + 1に与えられる。単一の指数j_bが符号信号を補償する程度を調整
するのに、値が0から0.8の範囲の定数k_bが用いられる。

【００４９】段階43で適用される窓関数によって、短ブロック周波数指数間のさらなる相互
作用が起こる。高分解能周波数は互いに近いので、このような振幅変化は知覚さ
れない。符号化演算により、指数J_bを有する所望の長ブロック周波数が帯域内の
近傍に対して拡張される。例えば、長ブロック指数223が選択され、対応する短
ブロック中央指数が7であり、すべての64個のブロックの符号エネルギーが算出
される場合、周波数指数223を有する成分は、220から227の近傍内の他の指数よ
りも高いエネルギーレベルを有する。

【００５０】名目符号振幅レベルA_bとしては、埋め込まれた符号を解読時にうまく抽出でき
るようにする最小の値が選択される。大部分のサブブロックの場合、名目符号振
幅レベルA_bは、対応するマスキング振幅レベルM_jよりもかなり低いと考えられる
。しかし、M_jがA_b以下である場合、M_jは数式（5）におけるA_bを表す。

【００５１】本発明の符号化システムの好ましい態様では、各々の短いブロックのそれぞれ
の符号化可能な近傍を調べて、符号化される信号がその近傍内に音調的特性を有
しているかどうかを確認するのに、信号アナライザすなわち信号分析アルゴリズ
ムが用いられる。例えばISO/IEC 13818-7:1997に記載されたマスキングアルゴリ
ズムによって段階44で算出された音調性指数はこのような手段を構成する。純粋
に音調的なオーディオブロックの音調性指数は1.0であると考えられ、それに対
して「雑音状」ブロックの音調性指数は0に近い。符号化で使用される帯域の音
調性指数が、音調性閾値を超えた値を有する場合、そのサブブロックに対する符
号化演算は中止される。（以下の段階46に関する考察を参照されたい。）いくつ
かのサブブロックが音調的である場合でも、それぞれの長いブロックに64個のサ
ブブロックがあるため、符号化されたデータを依然としてうまく取り込むことが
できることに留意されたい。解読時には、長いブロックのスペクトルが分析され
る。

【００５２】本発明の好ましい符号化構成では、システムをよりエラーに強くする（robust
）ために冗長な伝送方式が用いられる。上記に示した表に示すように、例示的な
システムでは5つの異なる周波数符号構成が定義されている。上記で開示した符
号化構成は、これらの帯域の1つのみに関して説明した。すなわち、5つの帯域は
、符号記号を任意の所与の時間に複数の帯域において送信し、冗長な伝送を行う
ことができるように、基本的に互いに独立している。

【００５３】上述の符号化方法の利点の1つは、加工の各段階で256個の試料しか使用されず
、そのうち128個が新しい試料であり、128個は前の加工段階から持ち越されるこ
とである。したがって、48kHzの選択されたサンプリング速度では、これらの試
料を「ダブルバッファ」に保持するのに必要な総バッファ容量は256であり、対
応する持続時間は256/48000 = 5.3ミリ秒である。知覚心理学の専門家には知ら
れているように、複合オーディオ信号の2つの部分（例えば、左右のステレオチ
ャネル）の同期の喪失または複合テレビ信号のオーディオ部分とビデオ部分との
同期の喪失が約10msec未満である場合、この遅延は知覚されない。したがって、
本発明の符号化方法では、信号の他の部分に補償遅延を導入する必要がない。本
発明のシステムは、テレビ視聴率調査に使用されるとき、ビデオ遅延回路なしで
、かつ同期が失われていることを知覚させることによって視聴者を混乱すること
なく使用できるという利点を有する。

【００５４】実際的な符号化方式を構成するためには、解読システムが新しいメッセージの
開始位置を判定できるようにする同期方法を開発することが必須である。符号化
メッセージ方式でよく行われるように、本発明の好ましいシステムでは、他の符
号化ブロックと区別される固有の構造を有する同期ブロックが定義される。した
がって、段階45で、長ブロックカウンタのカウントがゼロになったときに、以下
の特性を有するように、8192個の試料からなる同期ブロックが選択される。帯域
0において、指数220、すなわち、その近傍内の第一の周波数ラインが拡張される
。帯域1において、第二の周波数ライン、指数349が拡張される。帯域2において
、第三の周波数ライン、指数478が拡張される。帯域3において、第四の周波数ラ
イン、指数607が拡張される。帯域4において、第五の周波数ライン、指数736が
拡張される。デコーダが、拡張された周波数指数を、同期ブロックにおける拡張
のために選択されたそれぞれの指数と比較することによって長いブロックを分析
し、5つの周波数帯域のうちの少なくとも3つに一致が見出された場合、システム
は、可能性のある同期ブロックが検出されたと判定し、同期ブロックの後に続く
長いブロックを実際のメッセージデータと解釈する。

【００５５】上記で引用したように、例示的なシステムの場合に選択され上記の表に示され
ているブロックについて説明する際、それぞれの長いブロックは、符号を形成す
るように修正できる1組の8つの指標を含んでいる。本発明者に関係するテレビ視
聴率測定用途において、完全な符号化メッセージは、16ビットのステーション識
別子（SID）と32ビットのタイムスタンプ（TS）とからなる48ビットを含むこと
ができる。このメッセージを選択された1組の指数に一致させる場合、48ビット
のデータを16個の3ビットセットにグループ分けすることができる。これらの3ビ
ットセットの各ビットセットの10進値は、選択された長いブロックを使用するこ
とによって各ビットセットを符号化できるように0から7の範囲であることができ
る。ある好ましい構成において、システムは、k番目の利用可能な指数を変調す
ることによって値k（kは0から7の範囲である）を符号化する。この構成では、例
えば、値5を有する符号群を送信する場合、段階45で、各帯域内の6番目の指数（
すなわち、指数225、353、481、609、および737）が、拡張される指数として選
択される。この態様では、48ビットデータパケットを1つの長い同期ブロックと
して送信し、続いて16個の長いデータパケットを送信することができる。開示し
た符号ブロックおよびサンプリング周波数を選択した場合、これらの17個の長い
ブロックを送信するためには2.89秒かかる。この構成では、各帯域において異な
る指数が拡張される同期ブロックが明確に区別される。

【００５６】より一般的に言えば、複数の可能な符号ブロックのそれぞれに指数パターンが
一意に関連付けられており、ビットの解読は、複数の拡張された指数のそれぞれ
を各指数パターンと比較し、拡張された指数の大部分が所定のパターンの1つに
一致するかどうかを判定するこを含む。上述の例示的な態様は、概念的に単純で
ありエラーに強いが、各符号周波数がすべての符号化帯域において中央の短ブロ
ック周波数から同じ値だけ分離されるので、可聴ビート現象を生じさせる可能性
がある。値5を有する符号ビットの場合、この一定の差周波数は5.85Hzであり、
指数差1に相当する。他の好ましい態様では、この問題は、段階45で、各帯域ご
との周波数指数の擬似ランダム組合せを指数パターンとして選択することによっ
て解消される。したがって、例えば、5つの帯域において周波数指数225、355、4
76、607、および737を使用することによって値5を符号化することができる。こ
の変更によってビート現象は実質的に低減する。

【００５７】 5つの帯域のそれぞれにおいて同じデータを同時に送信するこの構成は、上述
のマスキングアルゴリズムに整合する。すなわち、1つまたは複数の帯域で符号
化を中止するが、他の帯域では符号化を継続するマスキングアルゴリズムを選択
することができる。

【００５８】段階45で周波数が選択されると、マスキングレベルおよび、音調性指数によっ
て示される音調性とが受け入れられると仮定して、これらの周波数の信号が段階
46で拡張される。一時バッファに記憶されている試料v(n)w(n)は数式（5）およ
び（6）に従って修正され、段階47で、符号信号が一時バッファに付加される。
段階48で、一時バッファの第一の半分が出力バッファに付加され、出力バッファ
内の128個の試料が、符号化されたデータとして送信機16に転送される。

【００５９】段階49で、サブブロックカウンタ27が1増分され、サブブロックが64に等しい
場合、長ブロックカウンタが1増分される。他のサブブロックは長ブロックカウ
ンタが増分されるまで符号化されない。長ブロックカウンタが17に等しいとき、
完全な符号メッセージ（同期ブロックおよび16個のデータブロック）が送信機16
に転送され、長ブロックカウンタがゼロにリセットされ、新しいメッセージの符
号化が開始される。サブブロックカウンタが64に等しくない場合、または長ブロ
ックカウンタがゼロにリセットされた後、プログラムの流れはブロック41に戻る
。

【００６０】スペクトル変調された信号の解読好ましいシステムは、受信位置にオーディオ信号獲得構成を備えている。この
位置は例えば、統計的に選択された測定場所22内であることができる。いくつか
の例では、受信機20のオーディオ出力28で得られるオーディオ信号から、埋め込
まれた信号を回復することができる。このような出力が得られるとき、この出力
は比較的高品質の信号源を構成する。しかし、多くの受信機20はオーディオ出力
28を有しておらず、視聴率調査システムのオペレータはスピーカ24の近くに配置
されたマイクロフォン30によってアナログオーディオ信号を得なければならない
。視聴率測定システムは一般に、測定中のテレビ視聴環境への干渉を最小限に抑
えるという目標を有するため、マイクロフォン30は好ましくは、受信機20の後方
に配置され、そのため、受信機20が得る信号の品質は、マイクロフォン30を受信
機20の前方に配置した場合に得られる品質よりも低くなる。この信号劣化により
、マイクロフォンによって捕捉されたオーディオ信号から、埋め込まれた信号を
読み取ろうとする多くの従来技術のシステムは、読取りに失敗している。上述の
5つの周波数帯域を符号化することによって得られる冗長性により、符号をうま
く回復できる可能性が高くなる。

【００６１】マイクロフォン30を使用する場合、またはオーディオ出力28上の信号がアナロ
グである場合、デコーダ26は、エンコーダ12のサンプリング速度に一致する好ま
しいサンプリング速度で、アナログオーディオをサンプリングデジタル出力スト
リームに変換する。メモリおよび計算能力の点で制限された解読システムでは、
2分の1の速度のサンプリングを使用することができる。2分の1の速度のサンプリ
ングの場合、それぞれの短いブロックはNs/2 = 128個の試料からなり、周波数ド
メイン内の分解能（すなわち、連続するスペクトル成分間の周波数差）は全サン
プリング速度の場合と同じままである。受信機20からデジタル出力が得られる場
合、デジタル出力は、直接デコーダ26により、サンプリングなしで、デコーダ26
に適したデータ転送速度で加工される。

【００６２】家庭視聴率測定システムで使用できるようなオーディオ解読の実際的な実施に
おいて、オーディオストリームをリアルタイムに解読する能力が極めて望ましい
。さらに、解読されたデータをリモートの本部に送信することが極めて望ましい
。デコーダ26は、以下に図3に関して説明する解読アルゴリズムを、通常このよ
うなアプリケーションで使用される種類のデジタル信号加工（DSP）ベースのハ
ードウェア上で実行するように構成することができる。上記に開示したように、
デコーダ26が着信符号化オーディオ信号をオーディオ出力28から得られるように
しても、スピーカ24の近くに配置されたマイクロフォン30から得られるようにす
ることができる。

【００６３】図3のフローチャートの段階50に示すように、4096個の試料を記憶することの
できる循環バッファが、すべての記憶位置をゼロに設定することによって初期設
定される。さらに、1組の周波数ビンがゼロに設定される。ブロック51で、オー
ディオバッファに256個の試料が読み込まれる。さらに、ブロック試料カウンタ
がゼロに設定される。符号情報を表す実際のデータビットを回復する前に、好ま
しくは固有の1組の周波数の振幅を拡張する（または減衰させる）ことによって
符号化された同期ブロックを見つける必要がある。好ましい一態様では、これら
の周波数は、指数220、349、478、607、および736を有し、それぞれが異なる符
号化帯域にある。同期ブロックを探すと共に、同期ブロックに続く、着信オーデ
ィオストリーム内のブロックからデータを抽出するために、循環バッファが用い
られる。循環バッファは、2分1の速度のサンプリングの場合に4096個の試料を記
憶するのに十分なサイズを有する。この構成は、図3のフローチャートに示す解
読アルゴリズムの一部を形成するスライディングFFTルーチンに基づく近リアル
タイム解読方式を実施するうえで必須である。

【００６４】現在循環バッファに記憶されているオーディオバッファに関して、指数Jを有
する周波数にスペクトル振幅B₀[J]および位相角φ₀[J]があると仮定する。周波
数にスペクトル振幅B₀[J]および位相角φ₀[J]は、現在循環バッファにある4096
個のオーディオ試料のスペクトル値を表す。2つの新しい時間ドメイン試料v₄₀₉₄ およびv₄₀₉₅が、オーディオバッファから読み取られ、循環バッファ内の2つの古
い試料v₀およびv₁に置き換わるように、段階52で示されるように循環バッファに
挿入され、次いで段階53で、以下の数式に従って各指数Jについての新しいスペ
クトル振幅B₁[J]および位相角φ₁[J]が求められる。

【数７】したがって、循環バッファのスペクトルは、単に、循環バッファに含まれている
試料の既存のスペクトルを数式（7）に従って更新することによって算出するこ
とができる。すべてのスペクトル値、すなわち振幅および位相が最初段階50でゼ
ロに設定されたときでも、循環バッファに新しいデータが入力され、古いデータ
が破棄されると、スペクトル値は、現在循環バッファにあるデータの実際のFFT
スペクトル値に対応する値になるまで徐々に変化する。計算中に生じるある種の
不安定性を解消するために、着信オーディオ試料に安定係数（通常0.99995に設
定される）を掛け、廃棄される試料に係数0.99995²⁰⁴⁸ = 0.902666を掛けること
が当業者に知られている。スライディングFFTアルゴリズムは、現在の試料位置
に先行する4095個の試料および現在の試料自体に関するスペクトル成分を算出す
る、計算上効率的な手段を構成する。ブロック53で、数式（7）に従って行われ
た分析の結果を用いて周波数ビンが更新される。

【００６５】ブロック試料カウンタが、64の倍数であるカウントを有する場合、図3の段階5
4に示すように、周波数ビンが分析され、分析結果がステータス情報構造（SIS）
に記憶される。4096個の試料の長いブロックの周波数スペクトルはオーディオス
トリームの少数の試料に対してほとんど変化しないので、この値64を使用するこ
とができる。スライディングFFTアルゴリズムを用いてスペクトル値が2つの試料
増分で更新されるにもかかわらず、同期ブロックを見つけデータを抽出するスペ
クトルの分析は、試料64個ごとに行うだけでよい。したがって、解読演算の中間
結果を追跡するのに4096/64 = 64個のSIS構造が用いられる。これらのSIS構造に
はSIS₀、SIS₁、、、、SIS₆₃のように指数が付けられる。各SIS構造は、2分の1の
サンプリング速度の場合の長いブロックの長さに相当する試料4096個ごとに更新
される。各SIS構造は同期フラグおよびデータ記憶位置を含む。さらに、SISはカ
ウンタを含む。

【００６６】同期ブロックの探索は解読過程の第一の段階である。試料位置で、同期ブロッ
クの特性を満たすスペクトルが見出されたため、SIS SIS_kを更新する必要がある
と仮定する。このようなスペクトルでは、指数220、349、478、607、736が拡張
され、それぞれの帯域内の近傍よりも高いスペクトルパワーを有している。オー
ディオ圧縮、増幅器-スピーカ-マイクロフォンの非線形性、マイクロフォンベー
スの複合システムの場合の周囲雑音などの要因のために、5つの帯域のうちに所
望の特性を有さない帯域が生じる可能性がある。上述の冗長伝送機能では、同期
ブロックの基準を満たしているのが5つの帯域のうちの3つだけである場合でも長
いブロックを同期ブロックとして検出することができる。同期ブロックが検出さ
れた後、対応するSIS構造内の同期フラグが1に設定される。実際的な態様では、
一つまたは複数のSIS構造の同期フラグを1に設定することができる。通常、長オ
ーディオブロックのスペクトルは急速には変化しないので、いくつかの互いに隣
接するSIS構造、例えば、SIS_k-2、SIS_k-1、SIS_k、SIS_k+1、SIS_k+2の同期フラグ
はすべて1に設定される。

【００６７】 4096個の試料でSIS_kが分析されると、アルゴリズムは、同期フラグを認識し、
スペクトルに埋め込まれた最初の3ビットデータ値の抽出を試みる。この抽出は
、各近傍から取り出された試験値を比較し、5つの帯域近傍のうちの3つで同じ試
験値が見出された場合に試験値をデータ値として受け入れる投票アルゴリズムに
よって行うことができる。さらに、範囲0から7の有効なデータ値が抽出された場
合、SIS内のカウンタは、16メンバーメッセージデータの第一のメンバーが抽出
されたことを示すように増分される。抽出された3ビットデータはまた、構造内
の対応するデータ記憶位置に記憶される。現在位置にも、それに続く、SIS_kが更
新される15個の位置のどの位置にも有効なデータが見つからない場合、SIS構造
の同期フラグがゼロにリセットされ、カウンタがゼロにリセットされる。これら
の動作によってSISが解放され、再び同期ブロックの探索が行われる。SIS構造の
カウンタが16に増分したときは、図3のフローチャートの段階55に示すように、
送出できる48ビットからなる全メッセージパケットを含んでいる。例えば、メッ
セージパケットは本部に送信することができる。この送信が行われると、同期フ
ラグがゼロにリセットされ、カウンタがリセットされる。

【００６８】ブロック56で、ブロック試料カウンタが、段階52でオーディオバッファから循
環バッファに読み取られた2つの試料に対応する2だけ増分される。ブロック試料
カウンタのカウントが256に等しい場合、流れは段階52に戻り、オーディオバッ
ファからさらに2つの試料が循環バッファに読み込まれる。一方、ブロック試料
カウンタのカウント値が256でない場合、流れは段階51に戻り、他の256個の試料
がオーディオバッファに挿入される。

【００６９】いくつかの好ましい態様に関して本発明を説明したが、本発明から逸脱せずに
多数の修正および変更を行うことができる。したがって、すべてのこのような修
正および変更は、添付の特許請求の範囲において定義された本発明の趣旨および
範囲内であるとみなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複合テレビ信号のオーディオ部分に付加された符号を識別するプ
ログラムを使用する放送視聴者測定システムの概略図である。

【図２】本発明の符号化過程を示すフローチャートである。

【図３】本発明の解読過程を示すフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オーディオ信号に耐干渉性で不可聴な符号を付加するシステ
ムであって、以下を含むシステム：オーディオ信号をあるサンプリング速度でサンプリングし、サンプリングされ
たオーディオの複数の短いブロックをそこから作製するように構成されており、
短いブロックがそれぞれ、最小可聴信号遅延（minimun audibly perceivable si
gnal delay）よりも短い持続時間を有するサンプラ；複数の短いブロックを組み合わせて所定の最小持続時間を有する長いブロック
とするように構成されたプロセッサ； 2つの互いに隣接する指数間の周波数差が、最小持続時間およびサンプリング
速度によって決定される、長いブロックを複数の独立して変調可能な周波数指数
を含む周波数ドメイン信号に変換するように構成された、周波数変換機構（freq
uency transformation）；周波数指数の近傍内の最低指数と最高指数との周波数差が所定の値よりも小さ
くなるように周波数指数の近傍を選択するように構成された周波数セレクタ；な
らびに近傍の総エネルギーを一定に維持しつつ選択された1つの指数を極値にするよ
うに近傍内の2つ以上の指数を変調するように構成されたエンコーダ（encoder）
。
【請求項２】プロセッサが、バッファメモリを有するデジタルコンピュー
タを含む、請求項1記載のシステム。
【請求項３】周波数変換機構が高速フーリエ変換アルゴリズムを含む、請
求項1記載のシステム。
【請求項４】エンコーダが、近傍内の選択された指数のエネルギーを増大
させ、かつこれに関連する短いブロックのエネルギーを低減させるアルゴリズム
を含む、請求項1記載のシステム。
【請求項５】複合信号の、符号化されたオーディオ信号と他の部分との間
の知覚される遅延をそれにより導入することなく、複合信号のサンプリングされ
たオーディオ信号の周波数帯域に符号を付加する方法であって、以下の段階を含
む方法： a）サンプリング速度、および、周波数近傍に含まれる所定数の周波数指数の
うちの互いに隣接する周波数指数間の周波数差を選択する段階； b）サンプリング速度および周波数差から試料のブロックの持続時間を求める
段階； c）整数が、各サブブロックが知覚される遅延よりも短いサブブロック持続時
間を有するように選択される、ブロックを構成する整数個の連続サブブロックを
判定する段階；ならびに d）この帯域の総信号エネルギーを変化させずに選択された1つの周波数指数を
変調するようにこのブロックを加工する段階。
【請求項６】複合信号がテレビ放送信号を含み、複合信号の他の部分がビ
デオ信号を含む、請求項5記載の方法。
【請求項７】段階d）において、加工段階が、選択された1つの指数を極値
にするように近傍内の周波数2つ以上の指数を変調する段階を含む、請求項5記載
の方法。
【請求項８】符号が、オーディオ信号の所定数の試料を有する一連のブロ
ックを含み、かつ符号が、同期ブロックおよびそれに続く所定数のデータブロッ
クを含む、オーディオ信号から符号を読み取る装置：プロセッサが、同期ブロックに続いて受信されるデータブロックの1つにおい
て、周波数指数のうちのそれぞれの所定のものが変調されているかどうかを判定
するようにさらに構成され、投票判定機構が、周波数帯域の大部分において、それぞれの変調された周波数
指数が、1つのデータブロックへの挿入のために選択されたそれぞれの指数であ
るかどうかを判定するようにさらに構成される、 1つのブロックを保持するように構成されたバッファメモリ； 1つのブロックを、所定数の周波数帯域にわたるスペクトルデータに変換する
ように構成されており、各周波数帯域が、周波数指数からなるそれぞれの近傍を
含む周波数変換機構；各近傍ごとに、周波数指数のうちのそれぞれの所定の周波数指数が変調されて
いるかどうかを判定するように構成されたプロセッサ；ならびに周波数帯域の大部分において、それぞれの変調された周波数指数が、同期ブロ
ックへの挿入のために選択されたそれぞれの指数である場合に、1つのブロック
が同期ブロックであると結論を下すように構成された投票判定機構（vote deter
miner）。
【請求項９】周波数変換機構が、デジタルコンピュータによって実行され
る高速フーリエ変換アルゴリズムを含む、請求項8記載の装置。
【請求項１０】プロセッサがプログラム制御下で動作し、かつメモリに記
憶された複数のアルゴリズムを有する汎用デジタルコンピュータを含む、請求項
8記載の装置。
【請求項１１】投票判定機構が、デジタルコンピュータによって実行され
るアルゴリズムを含む、請求項8記載の装置。
【請求項１２】オーディオ試料の一連のブロックを所定数の周波数帯域に
わたるスペクトルデータへと順次変換することによって、オーディオ信号から符
号を読み取る方法であって、各周波数帯域が所定数の周波数指数を含み、各ブロ
ックが所定数の試料を含み、かつ符号が、同期ブロックと、それに続く所定数の
データブロックを含む方法であって、以下の段階を含む方法： a）オーディオ試料の1つのブロックの各周波数帯域において、周波数指数の1
つが変調されているかどうかを判定する段階； b）段階a）で見出された変調された各周波数指数を、同期ブロックのそれぞれ
の周波数帯域における変調のために選択された指数と比較する段階； c）段階b）で行われた比較の大部分が一致となった場合に、1つのブロックが
同期ブロックであると結論を下す段階、およびそうでない場合に段階a）からb）
を繰り返す段階； d）同期ブロックに続いて受信されたデータブロックの1つの各周波数帯域にお
いて、周波数指数のうちのそれぞれの1つの指数が変調されているかどうかを判
定する段階；ならびに e）段階d）で見出されたそれぞれの変調された周波数指数を、各々がそれぞれ
の符号ビットに一意に関連する複数の所定の指数パターンと比較する段階、およ
び変調された指数の大部分が所定の指数パターンに一致する場合にのみ符号ビッ
トを読み取る段階。
【請求項１３】各帯域内のk番目の指数が変調されている場合に、段階e）
において、値kが符号ビットとして読み取られる、請求項12記載の方法。
【請求項１４】所定の指数パターンが擬似ランダムシーケンスを含む、請
求項12記載の方法。
【請求項１５】 2つ以上の部分を有する複合信号の音調的（tone-like）オ
ーディオ信号に不可聴符号を付加するシステムであって、以下を含むシステム：短いブロックがそれぞれ最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を有する、ある
サンプリング速度でオーディオをサンプリングするように、かつサンプリングさ
れたオーディオの複数の短いブロックをそこから作製するように構成された、サ
ンプリング装置；複数の短いブロックを組み合わせて所定の最小持続時間を有する長いブロック
とするように構成された、プロセッサ；長いブロックを、複数の周波数帯域に位置する複数の独立して変調可能な周波
数指数を含む周波数ドメイン信号に変換するように構成された周波数変換機構；オーディオの総音響エネルギーを一定に維持しつつ、それぞれの選択された1
つの指数を極値にするように各周波数帯域における2つ以上の指数を変調するよ
うに構成されたエンコーダ；音調的オーディオ信号が所定数の近傍のうちの任意の1つの音調的特性を有す
るかどうかを判定するように構成された信号アナライザ；ならびに音調的オーディオ信号が音調的特性を有する任意の近傍内でのエンコーダの符
号化を中止するように構成されたエンコーダサスペンダを含むシステム。
【請求項１６】オーディオ信号がテレビ放送信号の一部である、請求項15
記載のシステム。
【請求項１７】周波数変換機構が高速フーリエ変換アルゴリズムを含む、
請求項15記載のシステム。
【請求項１８】信号アナライザが、ISO/IEC 13818-7:1997に記載されたマ
スキングアルゴリズムを実施するように構成されたコンピュータを含む、請求項
16記載のシステム。
【請求項１９】 1つまたは複数の追加の部分を有する複合信号の音調的オ
ーディオ信号内の、所定数の周波数近傍のうちの少なくとも1つに、不可聴符号
を付加する方法であって、以下の段階を含む方法： a）各短いブロックが最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を有する、オーデ
ィオ信号をサンプリングし、サンプリングされた信号から複数の短いブロックを
作製する段階； b）複数の短いブロックを組み合わせて所定の最小持続時間を有する長いブロ
ックとする段階； c）長いブロックを、複数の独立して変調可能な周波数指数を含む周波数ドメ
イン信号に変換する段階； d）所定数の周波数近傍のうち、もしあれば音調的オーディオ信号が音調的特
性を有する近傍を識別する段階；および e）オーディオ信号の総音響エネルギーを一定に維持しつつ、段階d）で識別さ
れなかった近傍内の選択された指数を極値にするように、このような各近傍内の
それぞれの指数を変調する段階、および段階d）で識別された近傍内の指数はい
ずれも変調しない段階。
【請求項２０】複合信号がテレビ放送信号を含み、かつ追加の部分の1つ
がビデオ信号を含む、請求項19記載の方法。
【請求項２１】段階c）が、高速フーリエ変換によって長いブロックを変
換する段階を含む、請求項19記載の方法。
【請求項２２】段階c）が、ISO/IEC 13818-7:1997に記載されたマスキン
グアルゴリズムを実施する亜段階を含む、請求項19記載の方法。
【請求項２３】オーディオ信号に付加された不可聴符号を、統計サンプリ
ングされる住居内に位置する解読（decoding）装置によって読み取る放送視聴率
測定システムであって、以下を含む放送視聴率測定システム：オーディオ信号の帯域幅内の所定数の奇数周波数帯域のそれぞれに所定の符号
ビットを付加するように構成されたエンコーダ；符号化されたオーディオ信号を受信するように構成された、住居内の受信機；
および受信機からの入力を有するデコーダであって、各周波数帯域からの符号ビット
のそれぞれの試験値を得て、試験値を比較し、試験値が周波数帯域の大部分から
得られている場合にのみ、試験値の1つを符号ビットであると判定し、さもなく
ば、符号ビットは読み取られていないと結論を下すように構成されたデコーダ。
【請求項２４】オーディオ信号がテレビ放送信号の一部である、請求項23
記載の放送視聴率測定システム。
【請求項２５】受信機がマイクロフォンを含む、請求項23記載の放送視聴
率測定システム。
【請求項２６】受信機がオーディオ出力ジャックを含む、請求項23記載の
放送視聴率測定システム。
【請求項２７】オーディオ信号に付加された不可聴符号を、統計サンプリ
ングされた住居ユニット内で読み取る放送視聴率測定システムであって、以下を
含む放送視聴率測定システム：オーディオ信号のサンプリングされた長いブロックに符号ビットを付加するよ
うに構成された符号化装置であって、長いブロックが、所定数の短いブロックを
含み、短いブロックがそれぞれ、放送視聴者のメンバーには十分知覚不可能なほ
ど短いように選択された所定の持続時間を有し、符号化装置が、オーディオ信号
の総エネルギーを一定に維持しつつ、それぞれの近傍において選択された各指数
を極値にするように、複数の周波数近傍の各近傍内の選択された周波数指数を変
調するようにさらに構成された、符号化装置；符号化されたオーディオ信号を得るように構成された、住居内の受信機；およ
びデコーダが受信機からの入力を有し、かつ短いブロックの1つを記憶するよう
に構成されたバッファメモリを含み、バッファメモリが長いブロックを記憶する
ように構成された、オーディオ信号から符号を読み取るように構成されたデコー
ダ。
【請求項２８】オーディオ信号がテレビ信号の一部である、請求項27記載
の放送視聴率システム。
【請求項２９】エンコーダが、長いブロックを周波数ドメイン信号に変換
するように構成された周波数変換機構を含む、請求項27記載の放送視聴率システ
ム。
【請求項３０】受信機がマイクロフォンを含む、請求項27記載の放送視聴
率システム。
【請求項３１】受信機がオーディオ出力ジャックを含む、請求項27記載の
放送視聴率システム。
【請求項３２】オーディオ信号を符号化する方法であって、以下の段階を
含む方法： a）各短いブロックが最小可聴信号遅延よりも短い持続時間を有する、オーデ
ィオ信号から複数の短いブロックを作製する段階； b）複数の短いブロックを組み合わせて長いブロックとする段階； c）長いブロックを、複数の独立して変調可能な周波数指数を含むスペクトル
に変換する段階；および d）変調された指数の近傍の総エネルギーを実質的に一定に維持しつつ、1つの
指数を極値にするように、少なくとも指数2つを変調する段階。
【請求項３３】オーディオ信号から符号要素を読み取る方法であって、以
下の段階を含む方法： a）オーディオ信号の少なくとも一部を、複数の周波数近傍を有する所定数の
周波数帯域にわたるスペクトルデータに変換する段階； b）各近傍ごとに、周波数指数の1つが変調されているかどうかを判定する段階
；および c）近傍の大部分において、それぞれの変調された周波数指数が、オーディオ
信号への挿入のために選択された指数である場合に、送信された符号値を符号要
素に割り当てる段階。