JP3264668B2 - 埋込み信号システム - Google Patents

埋込み信号システム

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JP3264668B2 JP51113993A JP51113993A JP3264668B2 JP 3264668 B2 JP3264668 B2 JP 3264668B2 JP 51113993 A JP51113993 A JP 51113993A JP 51113993 A JP51113993 A JP 51113993A JP 3264668 B2 JP3264668 B2 JP 3264668B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は埋込み信号システムに関し、より詳細には、
複合信号を聴いただけでは原オーディオ信号と容易に区
別できず、かつオーディオ信号の品質を低下させず、同
時に符号信号が容易に除去されたり不明瞭にされたりし
ないように、符号信号をオーディオ信号に埋込むシステ
ムに関する。
オーディオ信号の供給源を容易に識別するシステムあ
るいは手段を提供することには多くの理由がある。とく
に音楽産業および録音産業では、以下に示す目的でかか
るシステムが求められている。即ち、 ・市場計画を支援するために行う方向目的達成度の自動
集計および放送電波（air playing）の監査 ・ライセンスされたトラックからリリース（自由に）さ
れた製品を検査して供給源の確認 ・スタジオ作業および製造作業における音楽トラックの
管理 ・許可なくリリースされたマスターの供給源の決定 ・適切な著作権使用料の支払額を確定するために行う電
子式配信チャネルの監査 ・音が似ているというクレームがある場合、新らたな録
音に編入されているサンプル音楽トラックを検出するた
めに行うオリジナル・トラックであることの証明 ・コピーの許可の管理 ・ダイレクトコピーによる著作権侵害の特定 ・オーディオ・ライブラリの内容のカタログの自動作成 である。
あとで理解できるとおり、かかるシステムによって利
用される知識情報は、たとえば余分なオーディオ材料を
追加したり、あるいは当該成分を異なる媒体に再録音す
ることによって容易に削除されたり不明瞭にされたりし
ないことが強く望まれる。たとえばコンパクト・ディス
ク、ディジタル・オーディオ・テープ（DAT）など、各
種高品質媒体にオーディオ信号を録音するために使用さ
れるディジタル・フォーマットの私的適応版に依存して
いるシステムは前記問題点に支配される。なぜならば、
原ディジタル録音がアナログの形に変換されると、前記
識別信号は普通は消失してしまうか、回復不可能になっ
てしまうからである。
したがって識別信号は常に原オーディオ信号と分離せ
ずに絡合っていることが望ましいのであるが、また、こ
の情報を表す符号信号があることが、たとえば、楽しみ
たいオーディオ信号の品質を低下させないで、オーディ
オ信号を普通に使用するのに邪魔にならないことも重要
である。
本発明のいつくかの目的のうち、注目すべきことは以
下に示す方法、即ち、オーディオ信号に符号シンボルを
埋込む優れた方法、このような方法を備えることによ
り、複合オーディオ信号となり、この複合オーディオ信
号聴くだけでは原オーディオ信号と容易に区別できない
方法、同時にオーディオ信号の品質を低下させずに符号
信号が不明瞭になるか消去されるように複合オーディオ
信号を容易に修正できない方法、複合オーディオ信号か
ら高信頼度で符号シンボルを抽出できる方法、さらに比
較的簡単にかつ費用を掛けないで実現できる方法が提供
されていることである。別の目的および特徴の一部は明
瞭であり、かつ一部は以下の説明で明かにする。
発明の要約 本発明の方法においては、ディジタル情報が符号化さ
れている符号シンボル列が生じる。この符号シンボル列
は次のようにしてオーディオ信号に埋込まれる。符号シ
ンボル列を表わす対応符号信号であって、予め選択され
たオーディオ信号の帯域幅の中にある信号帯域に実質上
限定されている周波数成分を有し、符号信号の連続する
セグメントは当該符号シンボル列内の連続する符号シン
ボルと対応する前記符号信号を発生させる。このオーデ
ィオ信号は前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって連
続して周波数分析され、前記符号信号は前記分析機能と
して動的にフィルタを通ることにより、周波数成分の各
レベルを持つ修正された符号信号（以下「修正符号信
号」と呼ぶ）になる。各瞬間におけるこの周波数成分の
各レベルは要部で、対応する周波数範囲のオーディオ信
号周波数成分の各レベルの予め選択した比率になってい
る。この修正符号信号とオーディオ信号が結合して複合
オーディオ信号になり、この複合オーディオ信号にディ
ジタル情報が埋込まれている。次にこの複合オーディオ
信号は記録媒体に録音されるか、または伝送チャネルに
送られる。
本発明の別の側面によれば、ディジタル情報は埋込み
処理と本質的に逆の手続きを介して複合オーディオ信号
から回復される。複合オーディオ信号は前記信号帯域を
含む周波数帯域にわたって連続して周波数分析され、か
つ前記分析の機能として動的にフィルタを通ることによ
り、周波数成分の各レベルを持った等化された信号（以
下「等化信号」と呼ぶ）になる。各瞬間におけるこの周
波数成分の各レベルは信号帯域にわたって実質的に一様
であり、かつ信号帯域の外側の周波数では実質的にゼロ
であることが望ましい。本発明の他の側面によれば、同
期手続きは前記等化信号の中に符号信号の存在を検出
し、後続符号信号セグメントの位置を決める。次に整合
フィルタを通す手続きは後続符号信号セグメントを識別
することにより、それぞれの符号シンボル列を抽出す
る。次にこの符号シンボル列からディジタル情報が回復
する。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の方法によりオーディオ信号にディ
ジタル情報を埋込む装置の最上位レベルのブロック図で
ある。
第２図は、本発明の方法により複合オーディオ信号か
らディジタル情報を回復する装置の最上位レベルのブロ
ック図である。
第３図は、第１図に示すスペクトラム拡散変調器の機
能を実行する装置のブロック図である。
第４図は、第１図に示す符号信号整形器の機能を実行
する装置のブロック図である。
第５図は、第１図に示す信号結合器の機能を実行する
装置のブロック図である。
第６図は、第２図に示す信号等化器の機能を実行する
装置のブロック図である。
第７図は、第２図に示すスペクトラム拡散復調器の機
能を実行する装置のブロック図である。
第８図は、周波数分析に使用される１群の帯域通過フ
ィルタの周波数レスポンスを示す図である。
第９図は、信号整形に使用される１群の帯域通過フィ
ルタの周波数レスポンスを示す図である。
第10図は、原オーディオ信号がトーンである場合に計
算されるマスキング・エネルギの分布と修正符号信号の
エネルギの分布を示す図である。
第11図は、原オーディオ信号の周波数分布と修正符号
信号の周波数分布との間の関係を示す図である。
対応する参照文字は本図面のいくつかの図を等して対
応する部分を示す。
好適実施例の説明 ここに実例として説明する本発明による方法の特定実
施例においては、信号にして送ろうとするディジタル情
報はスペクトラム拡散手法として説明できる処理によっ
て、このディジタル情報を表す修正符号信号に変換され
る。この変換方法は次のとおりである。即ち、修正符号
信号は原オーディオ信号と結合され、聴くだけでは原オ
ーディオ信号と容易に区別できない複合オーディオ信号
を形成する。より詳細には、ディジタル情報は符号シン
ボル列によって表され、次に各符号シンボルは疑似乱数
列によって表され、この疑似乱数列はフィルタを通り本
発明の方法により動的に修正される。次にこの疑似乱数
列は整合フィルタによって検出可能である。
次にこの複合オーディオ信号は録音されるか、さもな
ければ複合オーディオ信号を歪ませ及び／或いは修正す
る伝送チャネルに送られる。次にディジタル情報は前記
複合オーディオ信号をつくり出す方法と多くの点で相補
的あるいは逆の方法により、この歪を受け及び／或いは
修正された複合オーディオ信号から回復することができ
る。この歪及び／或いは修正が複合オーディオ信号の品
質を低下させない場合には、回復したディジタル情報の
信頼度は非常に高くなるであろう。
説明する各種処理ステップの多くはアナログ回路によ
っても実行されるものであるが、現在はこれらステップ
の全てを特殊用途向ディジタル信号処理集積回路あるい
は高速マイクロコンピュータで実行する方法などのディ
ジタル手法ににより実行することが選択される。したが
って、本発明の方法に関する各種構成成分あるいはステ
ップは第１図、第２図の個別ブロックにより表せるが、
むしろ実際にはこれらステップは、たとえば、ディジタ
ルプロセッサを適当にプログラミングすることにより実
行される。
第１図を参照すると、オーディオ信号に埋込まれる符
号シンボル列は誤り制御符号器100の出力として得られ
る。ここに説明する特定実施例では、リード・ソロモン
符号器として当業者には公知の誤り制御符号器を使用す
る。誤り制御符号器はｋ個の情報シンボルが入力される
各ブロックに対してｎ個の符号シンボルがあるブロック
をつくり出す。たとえば、情報シンボルにはアーチスト
の名前と選んだ音楽のタイトルを含めることができる。
これらの情報シンボルと符号シンボルは256個のシンボ
ルの普通のアルファベットから引き出されるので、各情
報シンボルは８ビットの情報あるいは１つのアスキー文
字を表す。ｋ＝32およびｎ＝51は、説明中の特定実施例
に適当な値である。本発明の方法と共に誤り制御符号器
を使用することは情報検索の信頼性を改善する周知の手
段である。とくに、ｎ個の符号シンボルのいくつかが誤
りであったり、あるいは消失した場合、リード・ソロモ
ン復号器によりｎ個の符号シンボルからｋ個の情報シン
ボルを検索することができるのである。ここに説明する
誤り制御符号器100の特定実施例は、リード・ソロモン
符号器から出力されたｎ個の符号シンボルの各ブロック
をつくり出す直前に異なるアルファベットから引き出さ
れたｍ個の特殊符号シンボルの列をつくり出す。これら
の特別な符号シンボルは２個のシンボルの特殊アルファ
ベットから引き出されるので、全ての符号シンボルは25
6＋２＝258シンボルが組合わされたアルファベットから
引き出される。ｍ＝13は、説明中の特定実施例に適当な
値である。この特殊符号シンボルを導入することは、第
２図のブロック700として示す符号シンボル検出器・シ
ンクロナイザの機能の複雑性を低減する簡単な手段であ
る。リード・ソロモン符号器から出力されたｎ個の符号
シンボルが続くｍ個の特殊符号シンボルにより、都合良
く１つのメッセージブロックが指定される。
結果として得られる符号シンボル列はさらにスペクト
ラム拡散変調器（spread spectrum modulator）200によ
って符号化され、符号シンボル列を表す符号信号をつく
り出す。とくに各符号シンボルは対応する疑似乱数列に
よって示され、この疑似乱数列は本発明の方法によりフ
ィルタを通り修正される。結論として、連続する符号信
号セグメントは、次に整合フィルタにより検出可能でか
つ区別可能な連続する符号シンボルに対応する。
符号信号は次に符号信号整形器300により修正され、
周波数成分の各レベを持った修正符号信号をつくり出
す。各瞬間におけるこの周波数成分の各レベルの要部
は、対応する周波数範囲のオーディオ信号周波数成分の
各レベルの予め選択した比率になっている。動的に修正
された符号信号は信号結合器400により原オーディオ信
号と結合して、複合オーディオ信号を発生する。
次にこの複合オーディオ信号はDATのような記録媒体
に録音されるか、さもなければ複合オーディオ信号にか
なりの歪を与え及び／或いはオーディオ信号をさらに修
正する可能性のある伝送チャネルに送られる。前に示し
たとおり、前記歪及び／或いは修正が複合オーディオ信
号の品質を大きく低下させない場合、かかる歪及び／或
いは修正の後で、識別情報を複合オーディオ信号から高
信頼度で回復できることは本発明による方法の望ましい
属性である。
次に第２図を参照すると、記録媒体から受信あるいは
プレイバックしている間に複合オーディオ信号は信号等
化器500によって等化信号に変換されるが、信号等化器5
00は符号信号整形器300によって行われる機能と本質的
に相補的あるいは逆の機能を行う。等化信号の中に符号
信号があることは符号信号検出器・シンクロナイザ700
によって検出されるが、この符号信号検出器・シンクロ
ナイザ700も後続符号シンボルに対応して後続符号信号
セグメントの位置を決める。
符号信号列はスペクトラム拡散復調器600によって回
復するが、スペクトラム拡散復調器600はスペクトラム
拡散変調器200によって行われる機能と本質的に相補的
あるいは逆の機能を行う。シンクロナイザはこの機能に
必要な初期タイミング情報を提供する。
次に信号になったディジタル情報は誤り制御復号器80
0によって符号シンボル列から回復するが、誤り制御復
号器800は誤り制御符号器100によって行われる機能と本
質的に相補的な機能を行う。ここに説明する特定実施例
は、代数リード・ソロモン復号器として当業者には公知
の誤り制御復号器を使用するが、代数リード・ソロモン
復号器は符号シンボル誤りのみならず符号シンボルの消
失も訂正することができる。
次に第３図を参照すると、入力できる各符号シンボル
は特定の疑似乱数列と独自に対応する。疑似乱数列の集
合は参照ルックアップテーブルに明確に記憶されている
ので、連続して入力される符号シンボルのそれぞれは前
記参照テーブルからこの疑似乱数列をフェッチすること
によりブロック210につくり出された対応する疑似乱数
列を選択する。これに代わる実施例においては、特殊用
途向回路を設計して、連続して入力される符号シンボル
に対応してブロック210に疑似乱数列を動的につくり出
す。
これらの疑似乱数列の中の数は本技術分野においては
慣習的に「チップ」と呼称され、疑似乱数列自体も慣習
的に「チップ列」（chip sequences）と呼称される。符
号シンボルは、１秒あたり8820＋2040符号シンボルの速
さで符号化され、各符号は2040チップの列によって表さ
れるので、チップは１秒あたり8820チップの速さでつく
り出される。開示中の例においては、この処理によりブ
ロック210からの出力として、8820＋２＝4410ヘルツま
での周波数成分を表すディジタル信号が発生する。
次にこのディジタル信号は、連続するチップの間に連
続するディジタルゼロ列のを挿入することによりブロッ
ク220でより高いクロック周波数に上方標本化（upsampl
ed）され、得られた高速ディジタル信号はブロック230
で低域通過フィルタを通り、ディジタルゼロを挿入した
結果として存在する不要な高周波成分は除去される。こ
の処理によりベースバンド信号が発生する。開示中の例
においては、４個のディジタル・ゼロが連続するチップ
とチップの間に挿入され、低域通過フィルタは4410ヘル
ツのカットオフ周波数を持っているので、このベースバ
ンド信号は8820×５＝44100ヘルツのクロック周波数に
基づくディジタル信号であり、4410ヘルツまでの周波数
成分を表している。
次にベースバンド信号はブロック240で、オーディオ
信号の帯域幅の中に完全に入っている信号帯域に周波数
偏移される。この処理により符号信号が発生する。この
特定実施例においては、図示された信号帯域は1890ヘル
ツから10710ヘルツまでの範囲を含んでいる。
次に第４図を参照すると、符号信号を埋込もうとする
原オーディオ信号、たとえば、音楽はブロック310で信
号帯域を含む周波数帯域にわたって連続して周波数分析
される。オーディオ信号のマスキング・エネルギは時間
に合わせて連続して発達するので、その周波数分布を計
算するためにブロック320でこの分析結果が使用され
る。基本的には、この分析は信号帯域内で実質的なマス
キング効果を持つ全周波数範囲にわたって行われ、１群
の帯域通過フィルタにより与えられている本実施例で実
現されている。
第８図は開示中の特定実施例に使用されている１群の
帯域通過フィルタの周波数レスポンス特定を示す。当業
者ならば理解できるように、他の音をマスクするか消し
てしまう１つの音の能力は相対的な振幅だけでなく周波
数相互の近接関係にも依存する。とくに或るトーンによ
って生じたマスキング・エネルギの周波数分布はトーン
より上の周波数に広がるが、トーンより下の周波数に対
するより多く広がることが知られている。この非対称の
周波数依存性が第８図に示した非対称周波数レスポンス
特性に反映されている。とくに、各帯域通過フィルタの
周波数レスポンスはピーク・レスポンス周波数より上の
周波数に広がるよりもピーク・レスポンス周波数より下
の周波数により多く広がっている。
各瞬間において、オーディオ信号のマスキング・エネ
ルギの周波数分布は、オーディオ信号の存在することに
よってマスクされる符号信号エネルギの対応する周波数
分布を決定する。この符号信号エネルギの周波数分布は
ブロック330で計算される１組の利得値によって表さ
れ、各利得値は信号帯域における異なる個々の周波数範
囲に対応する。
次に符号信号はブロック340で選択的にフィルタを通
り、符号信号はこれらの異なる周波数範囲だけを占有す
るコンポーネント成分信号に分解される。この選択的に
フィルタを通すことは１群の帯域通過フィルタにより与
えられている本実施例で実現されている。第９図は開示
中の特定実施例に使用されている帯域通過フィルタ群の
周波数レスポンス特性を示す。
ブロック330で計算された利得値は、次にブロック340
に加えられて対応する成分信号の各レベルを調整する。
次にこれらの調整された信号は結合されて修正符号信号
を発生する。各利得値は、調整された信号エネルギの対
応する周波数分布がマスキング・エネルギの周波数分布
を超えることはないということを保証するように決定さ
れたのであり、かつ調整された異なる個々の信号は必ず
オーバーラップしない周波数範囲の内部だけにかなりの
エネルギを有しているのであるから、修正符号信号のエ
ネルギの周波数分布はマスキング・エネルギの周波数分
布を超えることはない。
第10図はオーディオ信号が4240ヘルツのトーンである
場合この手続きの結果を示す。本図で、マスキング・エ
ネルギの周波数分布はトーンより下の周波数に広がって
いるよりも、トーンより上の周波数により多く広がって
いることがわかり、かつ修正符号信号のエネルギの周波
数分布はマスキング・エネルギの周波数分布より下にあ
ることがわかる。
この手続きの総合効果は動的に修正され周波数成分の
各レベルを持った修正符号信号をつくり出すことであ
る。各瞬間におけるこの周波数成分の各レベルは、実質
的に、対応する周波数範囲のオーディオ信号周波数成分
の各レベルは実質的に予め選択した比率になっている。
この総合効果は第11図に示されており、信号帯域内で修
正符号信号のエネルギの周波数分布は、信号帯域にわた
って一定のオフセット偏差を伴ってオーディオ信号周波
数成分のエネルギの周波数分布と並行していることがわ
かる。デシベル（dB）の単位で測定された偏差は、都合
よく符号対音楽比（CMR:code to music ratio）と呼ば
れている。
次に第５図を参照すると、原オーディオ信号はブロッ
ク410で遅延され、ブロック300の各種の処理ステップに
より導入される遅れを補償する。この補償による遅れに
より原オーディオ信号と修正符号信号は一時的に同一タ
イミングになるので、ブロック420でこれら２つの信号
が相加算されるか結合されて複合オーディオ信号が形成
されるとき、音響心理的マスキング効果が最も効果的に
使用される。
次にこの複合オーディオ信号はDATのような記録媒体
に録音されるか、さもなければ複合オーディオ信号にか
なりの歪を与え及び／或いはオーディオ信号をさらに修
正する可能性のある伝送チャネルに送られる。前に示し
たとおり、前記歪及び／或いは修正が複合オーディオ信
号の品質を大きく低下させない場合、かかる歪及び／或
いは修正の後で、識別情報を複合オーディオ信号からの
高信頼度で回復できることは本発明による方法の望まし
い属性である。
次に第６図を参照すると、多くの点で信号等化器500
は第４図に示す符号信号整形器300の相補的あるいは逆
の装置である。ここに説明する特定実施例においては、
ブロック310、320、330、340、410によって示した処理
ステップは第４図、第５図における同一ブロック番号に
よって示される対応する処理ステップと同じである。再
度説明すると、各種処理ステップにより遅れが導入され
ると、複合オーディオ信号とブロック330から出力され
時間に合わせて連続して発達する利得値の組が同一タイ
ミングになるようにするため、ブロック410で示したと
おり補償用の遅れが導入される。
第４図とは対照的に第６図に対する入力信号は原オー
ディオ信号ではなく複合オーディオ信号であり、この複
合オーディオ信号は、もしあるとすれば、伝送あるいは
録音により導入される全ての歪を受け及び／或いは全て
の修正が行われた後の複合オーディオ信号である。この
結果、第６図においてブロック330から出力され時間に
合わせて連続して発達する利得値の組は、第４図におけ
る利得値の組とは一般に異っている。しかし、複合オー
ディオ信号がかなりの歪を受けず、及び／或いは修正が
行われなかった場合には、埋込み処理によって生じた複
合オーディオ信号のエネルギの周波数分布が原オーディ
オ信号のエネルギの周波数分布から実質的に違わないこ
とを確実にするようにCMRの偏差を選択するので、これ
らの利得値は実質的に違わない。
この信号等化器500の機能を符号信号整形器300の相補
的な機能にしようとする場合、ブロック510に示すとお
りブロック330における個々の利得値の出力がそれぞれ
ブロック340に加えられる前に反転することが必要であ
る。後で理解できるように、この利得を反転させること
による効果は、ブロック340から出力する等化信号は信
号帯域にわたって必ず均一なエネルギ分布を含んでいる
ということである。更に第９図に見られるとおり、ブロ
ック340で使用される帯域通過フィルタ群の複合周波数
レスポンスは信号帯域の外側では必ずゼロであり、その
結果として等化信号は信号帯域の外側では必ずゼロであ
る。
次に第７図を参照すると、多くの点でこのスペクトラ
ム拡散復調器600は、第３図に示すスペクトラム拡散変
調器200の相補的あるいは逆の装置である。等化信号は
ブロック610で、ブロック240の処理と本質的に相補的な
処理により信号帯域に周波数偏移される。開示中の特定
実施例においては、次にこの結果はブロック230で第３
図の同じブロック番号によって示される処理ステップと
まったく同じ処理ステップ中に低域通過フィルタを通
る。このことはブロック230から出力された受信ベース
バンド信号をつくり出す。開示中の例においては、この
受信ベースバンド信号は4410ヘルツまでの周波数成分を
表す。
次にこの受信ベースバンド信号はブロック620で「チ
ップ速度」に下方標本化されるが、開示中の特定例にお
いてはこのチップ速度は4410×２＝8820ヘルツのクロッ
ク周波数に基づいている。この下方標本化により、次に
ブロック630の整合フィルタ列により処理される受信デ
ィジタル信号が発生する。開示中の例においては、整合
フィルタの出力値は2040チップ毎にその後で生起する各
シンボル時間の後にブロック640で標本化され比較され
る。
当業者には理解されるとおり、各整合フィルタは第３
図のブロック210で生じるチップ列の１つに対応し、次
にこのチップ列の１つはアルファベットの符号シンボル
の１つに対応する。したがって、所与の伝送された符号
シンボルに対応する整合フィルタは実質的に他の整合フ
ィルタより大きい出力値をつくり出すことが期待される
ので、この伝送された符号シンボルは整合フィルタの出
力の値を比較することによりブロック640で識別されう
る。
符号シンボルが識別されるときの信頼性は総合システ
ムに対する基本的な良度指数により上記手続きによって
決定されるが、この信頼性は次に示す信号方程式によっ
て説明される。
SE＝CMR＋PG−DL ここに信号超過（SE）が良度指数であり、これは符号
対音楽比（CMR）プラス処理利得（PG）マイナス復号損
失（DL）に等しく、各量はデシベル（dB）の単位で表さ
れる。信号超過が大きければ、伝送された符号シンボル
に対応する整合フィルタの出力値と他の整合フィルタの
出力値との間の期待される差はより大きくなることにな
る。したがって、信号超過が大きければ、符号シンボル
を識別するときの信頼性も必然的に高くなる。
前に示したとおり、CMRは本質的に予め選択した値で
あり、聴くことにより原オーディオ信号と複合オーディ
オ信号を区別する能力はこの値で決定される。CMRに対
する保守的で控えめな設計値は−19dBであり、この値な
らば聴くだけでは原オーディオ信号と区別できない複合
オーディオ信号にすることができる。
当業者には理解されるとおり、整合フィルタの処理利
得（PG）は関連するチップ列の長さとともに大きくな
る。開示中の例においては、チップ列はそれぞれ2040チ
ップの長さを有し、これは＋36dBの処理利得に対応す
る。
復号損失（DL）はチャネル、即ち記録媒体あるいは伝
送チャネル、における損失と歪を反映する計量値（metr
ic）であり、またシステムにおいて性能を低下させる各
種欠陥である。理想的にはDLを0dBの値にしたいが、開
示中の特定例においては0dBのとき＋17dBの信号超過と
なる。
所与の状態においては処理利得（PG）と復号損失（D
L）は必ず一定であり、修正符号信号電力のスペクトル
が信号帯域内の原オーディオ信号電力のスペクトルを反
映するように周波数分析を行い、かつ符号信号を成形す
ることにより、符号対音楽比（CMR）もまた実質的に一
定である。したがって、信号超過（SE）とその結果得ら
れる信号システムの信頼性は、大きな音の音楽の一節と
静かな音の音楽の一節との間では本質的に一定である。
但し原オーディオ信号の全信号帯域にわたって適用でき
る最低レベルのマスキング・エネルギがなければならな
い。
前述の説明から理解できるとおり、最大の出力値が生
じる整合フィルタは多分伝送された符号シンボルに対応
し、この最大出力値は、回復された符号シンボルとして
この符号シンボルを受け入れることに密接に関係する信
頼性を示す。したがって、ブロック640はこの大きさを
しきい値と比較し、この大きさがしきい値より下に落ち
ればそのシンボルは「消失した」と決定する。このよう
にブロック640から出力される符号シンボル列には符号
シンボルだけでなく「消失した」シンボルも含めること
ができる。
本実施例に代わる別の実施例においては、録音装置や
伝送チャネルによって導入される一時的な不規則性を補
償することにより復号するときの信頼性は更に向上す
る。これらの一時的な不規則性は、たとえばテープ録音
装置あるいはプレーバック装置の電動機の不規則な回転
速度によって生じるローカルな時間スケールの圧縮ある
いは伸張と見なすことができる。１つの可能性のある補
償メカニズムは、当業者には「フェーズ・ロックド・ル
ープ」として知られている装置と原理において本質的に
同じである。かかる補償メカニズムは、フェーズ訂正推
定値を計算し、かつブロック610における周波数偏移を
調整するため、ブロック640で入手できる整合フィルタ
の出力値を使用するフェーズ・トラック推定装置と、ブ
ロック620における下方標本化回路とにより第７図にお
いて実行されうるであろう。
符号信号検出器・シンクロナイザ700はスペクトラム
拡散復調器600と本質的に同じである。重要な相違点
は、スペクトラム拡散復調器は前に確定された時間アラ
イメントのトラックを維持することだけが必要であった
のに対して、符号信号検出器・シンクロナイザはメッセ
ージブロックの境界と同様にチップおよびシンボルの標
本化時間を正当に配置するために、使用できる符号信号
の時間アライメントの範囲を適切にサーチしなければな
らないことである。このサーチの複雑性を最小にするた
め、誤り制御符号器100によって符号シンボルの列に周
期的に挿入される特殊な符号シンボルに対応する整合フ
ィルタだけを実行する。このように、整合フィルタの出
力値はこれらの特殊符号シンボルがある場合に限り受け
入れしきい値を超えることが期待される。したがって、
かかる整合フィルタの出力値は埋込み符号信号のあるこ
とを示しかつメッセージブロック境界の位置を決める。
このように埋込み符号信号のあることが検出されると、
これらの整合フィルタの出力値を最大にするチップおよ
びシンボルの標本化時間が使用されスペクトラム拡散復
調器の機能を初期化する。
これまで述べたことを考慮するとき、本発明のいくつ
かの目的が達成され、その他の有利な結果も得られたこ
とがわかる。本発明の範囲から逸脱することなく、上に
述べた構造に各種の変更を加えることができるので、上
述の説明に含まれ、あるいは添付の図面に示される全て
の事柄は限定した意味で解釈されるべきでなく、容易に
理解できる実例として解釈されるべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロウコス，サリム エステファン アメリカ合衆国 10583 ニューヨーク 州スカースデイル，ジュニパー ロード 160 (72)発明者 ハギンス，エイ．ダブリュ．エフ. アメリカ合衆国 02174 マサチューセ ッツ州アーリントン，ハッチンソン ロ ード 22 (72)発明者 ギシュ，ハーバート アメリカ合衆国 02159 マサチューセ ッツ州ニュートン，ウオルター ストリ ート 10 (72)発明者 バーガモ，マルコス アントニオ アメリカ合衆国 02181 マサチューセ ッツ州ウェルズリー，ライス ストリー ト 39 (72)発明者 ピーターソン，パトリック マンガン アメリカ合衆国 02139 マサチューセ ッツ州ケンブリッジ，インマン ストリ ート 21 １／２ (72)発明者 ダール，アラン グレゴリー アメリカ合衆国 01886 マサチューセ ッツ州ウエストフォード，ウィルソン ファーム ロード 16 (56)参考文献 特開 昭58−51638（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−288522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04J 13/00

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】オーディオ信号に符号シンボル列を埋込む
    方法であって、 符号シンボル列を表し、かつ前記オーディオ信号の帯域
    幅の中にある予め選択した信号帯域に実質上限定された
    周波数成分を有する符号信号を発生させ、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外側
    では本質的に無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯域
    内の各周波数において、対応する周波数範囲におけるオ
    ーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比率
    に実質上なっている周波数成分の各レベルを持つ修正符
    号信号を与え、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより複合オーディオ信号を与えることを含む方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載の方法であって、前記符号信
    号は、各シンボル入力に対応する疑似乱数列を発生さ
    せ、前記疑似乱数列を上方標本化しかつ低域通過フィル
    タを通し、そしてフィルタを通った列を周波数の上方に
    転置することにより発生することを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】複合オーディオ信号に埋込まれた符号信号
    により表される所定の符号シンボル列を検出する方法で
    あって、 前記複合オーディオ信号の帯域幅の中にある所定の予め
    選択した信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記複合
    オーディオ信号を連続して周波数分析し、 前記信号帯域内において、前記複合オーディオ信号を前
    記分析の逆の機能としてフィルタを通すことににより、
    前記信号帯域にわたって実質上均一なエネルギ分布を与
    え、 前記フィルタを通った信号を１組のフィルタに印加し、
    該１組の各フィルタが前記符号シンボルの１つに整合し
    ていることを含む方法。
  4. 【請求項４】オーディオ信号を運ぶチャネルで符号シン
    ボル列を伝送する方法であって、符号シンボル列を表
    し、かつ前記オーディオ信号の帯域内の予め選択した信
    号帯域内に限定された周波数成分を有する符号信号を発
    生させ、 前記符号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外側
    では本質的に無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯域
    内の各周波数において、対応する周波数範囲におけるオ
    ーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比率
    になっている周波数成分の各レベルを持つ修正符号信号
    を与え、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより複合オーディオ信号を与え、かつ前記チャネル
    で前記複合オーディオ信号を伝送し、 前記予め選択した信号帯域を含む周波数帯域にわたって
    受信した複合オーディオ信号を連続して周波数分析し、 前記信号帯域内において、前記受信した複合オーディオ
    信号を前記分析の逆の機能としてフィルタを通すことに
    によって、前記信号帯域にわたって実質的に均一なエネ
    ルギ分布を与え、 前記フィルタを通った信号を１組のフィルタに印加し、
    該１組の各フィルタが前記符号シンボルの１つに整合し
    ていることを含む方法。
  5. 【請求項５】請求項４記載の方法であって、前記符号信
    号は、各シンボル入力に対応する疑似乱数列を発生さ
    せ、前記疑似乱数列を上方標本化しかつ低域通過フィル
    タを通し、そしてフィルタを通った列を周波数の上方に
    転置することにより発生することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】請求項４記載の方法であって、前記オーデ
    ィオ信号は約20キロヘルツのオーダーの帯域幅を有し、
    かつ前記信号帯域は約8800ヘルツの帯域幅を有すること
    を特徴とする方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載の方法であって、前記信号帯
    域の中心は約6300ヘルツの周波数にあることを特徴とす
    る方法。
  8. 【請求項８】請求項７記載の方法であって、前記シンボ
    ルは１秒に約4.3シンボルの速さで連続して前記符号信
    号に符号化されることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】請求項４記載の方法であって、前記予め選
    択した比率は、オーディオ信号レベルより約19dB低い修
    正符号信号レベルを表すことを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】オーディオ信号に符号シンボル列を埋込
    む方法であって、 各シンボル入力に対して、関連するシンボルを表す対応
    する疑似乱数列を発生させ、 前記符号シンボル列を上方標本化し、かつフィルタを通
    し、そして転置することにより、実質上前記オーディオ
    信号の帯域幅の中にある予め選択した信号帯域内に限定
    された周波数成分を有する符号信号を発生させ、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、対応する周波数範囲
    におけるオーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選
    択した比率に実質上なっている周波数成分の各レベルを
    持つ修正符号信号を与え、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより複合オーディオ信号を与えることを含む方法。
  11. 【請求項１１】20キロヘルツのオーダーの帯域幅を有す
    るオーディオ信号を運ぶチャネルに、所定のアルファベ
    ットから選択可能で、かつ１秒に約4.3シンボルの速さ
    で生起する符号シンボル列を伝送する方法であって、 前記符号シンボル列を表し、かつ約6300ヘルツの周波数
    に中心がある約8800ヘルツの帯域幅を有する予め選択し
    た信号帯域に限定された周波数成分を有する符号信号を
    発生させ、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外側
    では本質的に無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯域
    内の各周波数において、対応する周波数範囲におけるオ
    ーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比率
    になっている周波数成分の各レベルを持つ修正符号信号
    を与え、前記予め選択した比率は、オーディオ信号レベ
    ルより約19dB低い修正符号信号レベルを表しており、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより、複合オーディオ信号を与え、かつ前記チャネ
    ルに前記複合オーディオ信号を伝送し、 前記予め選択した信号帯域にわたって受信した複合オー
    ディオ信号を連続して周波数分析し、 前記信号帯域内において、前記受信した複合オーディオ
    信号を前記分析の逆の機能としてフィルタを通すことに
    によって、前記信号帯域にわたって必ず均一なエネルギ
    分布を与え、 各フィルタが前記符号シンボルの１つに整合している１
    組のフィルタに前記フィルタを通った信号を与えること
    を含む方法。
  12. 【請求項１２】請求項11記載の方法であって、前記符号
    信号は、各シンボル入力に対応する疑似乱数列を発生さ
    せ、前記疑似乱数列を上方標本化しかつ低域通過フィル
    タを通し、そしてフィルタを通った列を周波数の上方に
    転置することにより発生することを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】オーディオ信号を運ぶチャネルを介して
    符号シンボルを通信する方法であって、 各シンボル入力に対して、それぞれのシンボルを表す対
    応する疑似乱数列ベースバンド信号を発生させ、前記疑
    似乱数列をフィルタを通し、かつ周波数の上方に転置す
    ることにより、前記オーディオ信号の帯域幅の中にある
    予め選択した信号帯域に限定された周波数成分を有する
    符号信号を発生させ、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、かつ前記信号帯域内
    の各周波数において、対応する周波数範囲におけるオー
    ディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比率に
    なっている周波数成分の各レベルを持つ修正符号信号を
    与え、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより、複合オーディオ信号を与え、かつ前記チャネ
    ルに前記複合オーディオ信号を伝送し、 前記予め選択した信号帯域にわたって受信した複合オー
    ディオ信号を連続して周波数分析し、 前記信号帯域内において、前記受信した複合オーディオ
    信号を前記分析の逆の機能としてフィルタを通すことに
    によって、前記信号帯域にわたって必ず均一なエネルギ
    分析を与え、 前記信号帯域の成分を周波数の下方に転置し、受信した
    ベースバンド信号を得て、 各フィルタがシンボルを表す疑似乱数列の１つに整合し
    ている１組のフィルタに前記受信したベースバンド信号
    を与えることを含む方法。
  14. 【請求項１４】符号シンボル列をオーディオ信号と結合
    させる装置であって、 前記符号シンボル列を表す対応する符号信号であって、
    前記オーディオ信号の帯域幅の中にある予め選択した信
    号帯域に限定された周波数成分を含む符号信号を発生さ
    せる手段と、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析する手段と、 前記分析の機能として前記符号信号を選択的にフィルタ
    を通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外
    側では本質的に無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯
    域内の各周波数において、対応する周波数範囲における
    オーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比
    率になっている、周波数成分の各レベルを持つ修正符号
    信号を与える動的フィルタ手段と、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより複合オーディオ信号を与える手段と、 を含む装置。
  15. 【請求項１５】請求項14記載の装置であって、前記オー
    ディオ信号は約20キロヘルツのオーダーの帯域幅を有
    し、かつ前記信号帯域は約8800ヘルツの帯域幅を有する
    ことを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】請求項15記載の装置であって、前記信号
    帯域の中心は約6300ヘルツの周波数にあることを特徴と
    する装置。
  17. 【請求項１７】請求項16記載の装置であって、前記シン
    ボルは１秒に約4.3シンボルの速さで連続して前記符号
    信号に符号化されることを特徴とする装置。
  18. 【請求項１８】請求項14記載の装置であって、前記予め
    選択した比率は、オーディオ信号レベルより約19dB低い
    修正符号信号レベルを表すことを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】複合オーディオ信号に埋込まれた疑似乱
    数列のそれぞれにより表される符号シンボル列を抽出す
    る装置であって、 複合オーディオ信号の帯域幅の中にある予め選択した所
    定の信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記複合オー
    ディオ信号を連続して周波数分析する手段と、 前記周波数分析の逆の機能として前記信号帯域内の複合
    オーディオ信号を選択的にフィルタを通すことにより、
    前記信号帯域にわたって実質的均一なエネルギ分布を有
    する修正オーディオ信号を与える動的フィルタ手段と、 前記修正信号に応答する１組の整合フィルタであって、
    前記組の各フィルタは前記シンボルを表す疑似乱数列の
    １つに整合する該１組の整合フィルタと、 を含む装置。
  20. 【請求項２０】１秒に約4.3シンボルの速さで生起する
    符号シンボル列を20キロヘルツのオーダーの帯域幅を有
    するオーディオ信号と結合させる装置であって、 前記符号シンボル列を表す対応する符号信号であって、
    約6300ヘルツの周波数に中心がある約8800ヘルツの帯域
    幅を有する予め選択した信号帯域に実質上限定された周
    波数成分を有する前記符号信号を発生させる手段と、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析する手段と、 前記分析の機能として前記符号信号を選択的にフィルタ
    を通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外
    側では本質的に無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯
    域内の各周波数において、対応する周波数範囲における
    オーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比
    率になっている周波数成分の各レベルを持つ修正符号信
    号を与え、前記予め選択した比率は、オーディオ信号レ
    ベルより約19dB低い修正符号信号レベルを表す動的フィ
    ルタ手段と、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより、複合オーディオ信号を与える手段と、 を含む装置。
  21. 【請求項２１】符号シンボル列をオーディオ信号と結合
    させる装置であって、 連続する各シンボルを表す対応する２進数符号列を発生
    させる手段と、 前記符号列の周波数成分を運ぶ情報をフィルタを通しか
    つ転置することにより、前記オーディオ信号の帯域幅の
    中にある予め選択した信号帯域に実質上限定された周波
    数成分を有する符号信号を発生させる手段と、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析する手段と、 前記分析の機能として前記符号信号を選択的にフィルタ
    を通すことにより、各瞬間において、対応する周波数範
    囲におけるオーディオ信号周波数成分の各レベルの予め
    選択した比率になっている周波数成分の各レベルを持つ
    修正符号信号を与える動的フィルタ手段と、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより複合オーディオ信号を与える手段と、 を含む装置。
  22. 【請求項２２】請求項21に記載の装置であって、前記符
    号信号は、各シンボル入力に対応する疑似乱数列を発生
    させ、前記列を低域通過フィルタを通し、かつフィルタ
    を通った列の成分を運ぶ情報を周波数の上方に転置する
    ことにより、発生することを特徴とする装置。
  23. 【請求項２３】オーディオ信号と符号シンボル列を表す
    動的に修正された符号信号との混合体である複合信号を
    運ぶ媒体を含むオーディオ録音システムであって、前記
    の動的に修正された符号信号は、 前記オーディオ信号の帯域幅の中にある予め選択した信
    号帯域に実質上限定された周波数成分を有する前記シン
    ボル列を表す符号信号を発生させ、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外側
    では無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯域内の各周
    波数において、対応する周波数範囲におけるオーディオ
    信号周波数成分の各レベルの予め選択した比率になって
    いる周波数成分の各レベルを持つ修正符号信号を与え、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより複合オーディオ信号を与える、ことにより得ら
    れることを特徴とするオーディオ録音システム。
  24. 【請求項２４】20キロヘルツのオーダーの帯域幅を有す
    るオーディオ信号と符号シンボル列を表す動的修正符号
    信号との混合体である複合信号を運ぶ媒体を含むオーデ
    ィオ録音システムであって、前記動的修正符号信号は、 前記符号シンボル列を表し、且つ、約6300ヘルツの中心
    周波数を持って約8800ヘルツの帯域幅を持つ予め選択し
    た信号帯域に実質上限定された周波数成分を有する符号
    信号を発生させ、 前記信号帯域を含む周波数帯域にわたって前記オーディ
    オ信号を連続して周波数分析し、 前記分析の機能として前記符号信号を動的にフィルタを
    通すことにより、各瞬間において、前記信号帯域の外側
    では本質的に無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯域
    内の各周波数において、対応する周波数範囲におけるオ
    ーディオ信号周波数成分の各レベルの予め選択した比率
    になっている周波数成分の各レベルを持つ修正符号信号
    を与え、前記予め選択した比率は前記オーディオ信号レ
    ベルより19dB低い修正符号信号レベルを表し、 前記修正符号信号を前記オーディオ信号と結合させるこ
    とにより、複合オーディオ信号を与える、ことにより得
    られることを特徴とするオーディオ録音システム。
  25. 【請求項２５】請求項24記載の録音システムであって、
    前記符号信号は、各シンボル入力に対応する疑似乱数列
    を発生させ、前記疑似乱数列を上方標本化し、かつ低域
    通過フィルタを通し、そしてフィルタを通った列を周波
    数の上方に転置することにより発生することを特徴とす
    る録音システム。
JP51113993A 1991-12-17 1992-12-10 埋込み信号システム Expired - Fee Related JP3264668B2 (ja)

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