JP4030036B2 - 放送番組特定システムに於いて使用するための、音声信号に不可聴コードを付加することにより可聴信号をエンコードするシステム及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、可聴信号に不可聴コードを付加し、次にそのコードを検索するためのシステム及び方法に関するものである。このようなコードは、例えば、放送番組を特定するための視聴者計測アプリケーションに使用され得る。
【0002】
【従来の技術】
付加されるコードが通知されないような方法で信号に付属的コードを付加するための多くの装置がある。例えば、付属的コードをビデオの垂直の空白の間隙か、又は水平の繰り返しの間隙の何れかに挿入することにより、ビデオの不可視部分にこのような付属的コードを隠すことが、テレビジョン放送では知られている。ビデオの不可視部分のコードを隠す例示的なシステムは、「AMOL」として言及され、米国特許第4,025,851号として教示されている。このシステムは、この出願の譲受人によって、このような放送の時間と同様にテレビジョン番組の放送をモニタリングするのに使用されている。
【0003】
他の公知のビデオエンコードシステムは、付属的コードをテレビジョン信号の別の殆ど信号エネルギーを運ぶことのない伝送バンド幅の部分に埋め込むように努力が払われている。このようなシステムの例は、本願の譲受人によって譲り受けられた、Doughertyの米国特許第5,629,739号に開示されている。
【0004】
他の方法及びシステムは、その信号を同定するために、そして、おそらく信号分配システムを介するその経路を追跡するために、音声信号に付属的コードを付加する。このような装置は、テレビジョンだけではなくラジオ放送及び予め録音された音楽にも適用され得るという明確な利点を有している。更に、音声信号に付加される付属的コードは、スピーカーによって出力される音声信号に再生され得る。従って、これらの装置は、入力としてのマイクロホンを有する装置を用いてそのコードを非侵入的に傍受し及びデコードする可能性を提供する。特に、これらの装置は、パネリストによって運搬されるポータブルの計測装置の使用によって、放送の視聴者を計測するためのアプローチを提供する。
【0005】
放送の視聴者の計測の目的で音声信号をエンコードする分野で、米国特許第3,845,391号のCrosbyは、そのコードが、オリジナルの音声信号が削除される狭い周波数の「ノッチ」に挿入される音声エンコードアプローチを教示している。このノッチは、予め決められた周波数(例えば40Hz)に固定されている。このアプローチは、そのコードを含むオリジナルの音声信号の強度が低いときに可聴であるコードを導入している。
【0006】
一連の改良がCrosbyの特許に続いて為された。即ち、米国特許第4,703,47号に於いてHowardは、マークとコード信号の空白部分のための2つの分離したノッチ周波数の使用を教示している。米国特許第4,931,871号及び米国特許第4,945,412号に於いて、Kramerは、とりわけ、コードが加えられる音声信号の振幅を探知する振幅を有するコード信号を使用することを教示している。
【0007】
音声信号に於ける不可聴信号を拾って格納するマイクロホンを装備した音声モニタリング装置をパネリストが運搬することが期待される放送視聴者計測システムも、よく知られている。例えば、WO 94/11989及び米国特許第5,579,124号に於いて、Aijalla他は、そのコードが認知されないか又は低レベルの「静的」雑音としてのみ聴くことができるように、伝播スペクトル技術が可聴信号に加えるのに使用される装置を記載している。また、米国特許第5,450,490号に於いて、Jensen他は、周波数の固定されたセットでコードを加え、そして2つのマスキング信号の一つを使用するための装置を教示し、そこでは、マスキング信号の選択が、そのコードが付加される音声信号の周波数分析に基づいて行われる。Jensen他は、コードの周波数がブロックからブロックへと変化するコーディングの装置を教示していない。Jensen他によって挿入されるコードの強度は、相対的な最大値と最小値からなるというより、むしろ測定値の予め決められた一部分(例えばピーク強度から下30dB)である。
【0008】
更に、米国特許第5,319,735号に於いて、Preussは、19dBであることが好ましい、入力信号強度に対する固定された比率(音楽に対するコードの比率)で拡散スペクトルコードが記録された音楽に挿入される多重バンド音声エンコーディングの装置を教示している。米国特許第5,687,191号に於いて、Lee他は、マスクに対する信号の比率を幾つかの周波数バンドのそれぞれに於いて計算することにより、そして、次に、そのバンドでの音声入力の予め決められた比率となる強度でそのコードを挿入することにより、コード強度が入力信号にマッチするようにされているデジタル化された音声信号を使用するのに適した音声コーディングの装置を教示している。この特許で報告されているように、Lee他は、係属中の米国特許出願第08/524,132号に於いて、デジタル情報をデジタル波形に埋め込む方法も記載している。
【0009】
付属的コードは、コードが番組の音声の聴き手を邪魔しないようにするために、低い強度で挿入されるのが好ましいので、このようなコードは、種々の信号処理操作に対して脆弱であることが認識されるであろう。例えば、Lee他はデジタル化された音声信号について論じているが、放送音声信号のエンコーディングへの既に知られたアプローチの多くは、現代のそして提案されているデジタル音声の標準、特に信号のダイナミックレンジを減少させる(そして、それによって低レベルのコードを削除してしまう)か、さもなければ付属的コードを傷つける信号圧縮方法を採用するものと、互換性がないことに注意が促される。この点から、付属的コードにとって、将来のデジタルテレビジョン放送システムで広く使用されることが期待されているISO/IEC 11172 MPEG標準によって推奨されているAC−3アルゴリズムによる又はそのアルゴリズムの一つによる圧縮とそれに続く脱圧縮を生き抜くことは特に重要である。
【0010】
本発明は、上述の問題点の一又はそれ以上を解決するためにアレンジされたものである。
【0011】
【発明の要旨】
本発明の一実施形態に従えば、予め決められた信号バンド幅内で変化する信号のブロックにバイナリーコードビットを付加するための方法であって、該方法は、以下のステップ、即ち、a)前記予め決められた信号バンド幅内の参照周波数を選択し、前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数との両方をこれに関連づけるステップと、b)前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける前記ブロック内の前記信号のスペクトルパワーを計測するステップと、c)前記第1のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを前記周波数の第1の近傍に於いて最大にするように、前記第1のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを増大させるステップと、d)前記第2のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを前記周波数の第2の近傍に於いて最小にするように、前記第2のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを減少させるステップとを包含している。
【0012】
本発明の他の実施形態に従えば、スペクトルの振幅と位相とを有する信号のブロックにバイナリーコードビットを付加するための方法であって、前記スペクトルの振幅と位相との両方が、予め決められた信号バンド幅内で変化し、該方法は、以下のステップ、即ち、a)前記ブロック内で、(i)前記予め決められたバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するステップと、b)前記第1のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトル振幅を、前記第2のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトルの振幅と比較するステップと、c)対応するスペクトル振幅がより小さい修正可能な信号成分となるべき前記第1及び第2のコード周波数の一方に於いて前記信号の一部分を選択し、そして、参照信号成分となるべき前記第1及び第2のコード周波数の他方に於いて前記信号の一部分を選択するステップと、d)前記修正可能な信号成分の位相を、それが前記参照信号成分の位相から予め決められた量だけ異なるように、選択的に変更するステップと、を包含している。
【0013】
本発明の更に他の実施形態に従えば、方法は、時間変化する強度を有する信号とともに伝送されるデジタル的にエンコードされたメッセージを読み取るための方法を含んでいる。前記信号は信号バンド幅によって特徴付けられ、前記メッセージは複数のバイナリービットを有している。前記方法は、以下のステップ、即ち、a)前記信号バンド幅内で参照周波数を選択するステップと、b)前記参照周波数からの第1の予め決められた周波数オフセットに於ける第1のコード周波数を選択するとともに、前記参照周波数からの第2の予め決められた周波数オフセットに於ける第2のコード周波数を選択するステップと、c)前記第1及び第2のコード周波数の何れの一つが、これに関連する、対応する周波数近傍内の最大値であるスペクトル振幅を有しているかを見出すとともに、前記第1及び第2のコード周波数の何れの一つが、これに関連する、対応する周波数近傍内の最小値であるスペクトル振幅を有しているかを見出し、これによって前記バイナリービットの受領した一つの値を決定するステップとを包含している。
【0014】
本発明の更に他の実施形態に従えば、方法は、スペクトルの振幅と位相とを有する信号とともに伝送されるデジタル的にエンコードされたメッセージの読み取りを含んでいる。前記信号は信号バンド幅によって特徴付けられ、前記メッセージは複数のバイナリービットを有している。前記方法は、以下のステップ、即ち、a)前記信号バンド幅内で参照周波数を選択するステップと、b)前記参照周波数からの第1の予め決められた周波数オフセットに於ける第1のコード周波数を選択するとともに、前記参照周波数からの第2の予め決められた周波数オフセットに於ける第2のコード周波数を選択するステップと、c)前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれの予め決められた周波数近傍内の前記信号の位相を決定するステップと、d)前記第1のコード周波数が、前記第2のコード周波数での前記位相の予め決められた値の範囲内にあるかどうかを決定し、それによって受け取られた前記バイナリービットの一つの値を決定するステップと、を包含している。
【0015】
本発明の更なる他の実施形態に従えば、エンコーダは、予め決められた信号のバンド幅内で変化する強度を有する信号のブロックにバイナリービットを付加するように構成され、セレクタと、ディテクタと、ビットインサータとを有している。セレクタは、前記ブロック内で、(i)前記予め決められた信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するように構成されている。ディテクタは、前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける信号のスペクトル振幅を検出するように構成されている。ビットインサータは、前記第1のコード周波数での前記スペクトルの振幅を前記周波数の第1の近傍に於いて最大とするために前記第1のコード周波数での前記スペクトルの振幅を増大させることにより、そして、前記第2のコード周波数での前記スペクトルの振幅を前記周波数の第2の近傍に於いて最小とするために前記第2のコード周波数での前記スペクトルの振幅を減少させることにより、前記バイナリービットを挿入するように構成されている。
【0016】
本発明の更に他の実施形態に従えば、エンコーダは、スペクトル振幅と位相とを有する信号のブロックにコードのバイナリービットを付加するように構成されている。前記スペクトル振幅と位相との両方は、予め決められた信号バンド幅内で変化する。前記エンコーダは、セレクタとディテクタと比較器とビットインサータとを備えている。セレクタは、前記ブロック内で、(i)前記予め決められた信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するように構成されている。ディテクタは、前記第1のコード周波数の近傍と前記第2のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトルの振幅を検出するように構成されている。セレクタは、対応するスペクトルの振幅がより小さい、修正可能な信号成分であるべき前記第1及び第2のコード周波数の一方に於いて前記信号の一部分を選択し、前記第1及び第2のコード周波数の他方に於いて、参照信号成分となるべき前記信号の一部分を選択するように構成されている。ビットインサータは、前記修正可能な信号成分の位相を、それが前記参照信号成分の位相から予め決められた量だけ異なるように、選択的に変更するように構成されている。
【0017】
本発明のまた更なる他の実施形態に従えば、時間変化する強度を伴って伝送される信号のブロックからコードのバイナリービットをデコードするように構成されたデコーダは、セレクタとディテクタとビットファインダとを備えている。セレクタは、前記ブロック内で、(i)前記信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められた周波数オフセットに於ける第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められた周波数オフセットに於ける第2のコード周波数とを選択するように構成されている。ディテクタは、前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれの予め決められた周波数近傍内のスペクトルの振幅を検出するように構成されている。ビットファインダは、前記第1及び第2のコード周波数の一方がそのそれぞれの近傍に内で最大値であるこれに関連するスペクトル振幅を有し、及び前記第1及び第2のコード周波数の他方がそのそれぞれの近傍に内で最小値であるこれに関連するスペクトル振幅を有しているときに、前記バイナリービットを見出すように構成されている。
【0018】
本発明の他の実施形態に従えば、デコーダは、時間変化する強度を伴って伝送される信号のブロックからコードのバイナリービットをデコードするように構成されている。このデコーダは、セレクタとディテクタとビットファインダとを備えている。セレクタは、前記ブロック内で、(i)前記信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められた周波数オフセットに於ける第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められた周波数オフセットに於ける第2のコード周波数とを選択するように構成されている。ディテクタは、前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれの予め決められた周波数近傍内の前記信号の位相を検出するように構成されている。ビットファインダは、前記第1のコード周波数に於ける位相が前記第2のコード周波数に於ける位相の予め決められた値の範囲内にあるときに、前記バイナリービットを見出すように構成されている。
【0019】
本発明の更に他の実施形態に従えば、エンコーディング装置は、信号をコードを用いてエンコードする。前記信号はビデオ部分と音声部分とを有している。前記エンコーディング装置は、エンコーダと補償器とを備えている。エンコーダは、前記信号の部分の一つをエンコードするように構成されている。補償器は、前記エンコーダによって引き起こされる前記ビデオ部分と前記音声部分との間のどのような相対的な遅延も補償するように構成されている。
【0020】
本発明のまた更なる他の実施形態に従えば、受け取った信号からデータ要素を読み取る方法であって、a)前記受け取った信号のn個のサンプルの第1のブロックのフーリエ変換を計算するステップと、b)前記データ要素に対する第1のブロックをテストするステップと、c)もし、前記データ要素が前記第1のブロック内に見つかれば、SIS配列の配列要素SIS[a]を予め決められた値に設定するステップと、d)前記受け取った信号のn個のサンプルの第2のブロックに対するn個のサンプルの前記第1のブロックのフーリエ変換をアップデートするステップであって、前記第2のブロックは前記第1のブロックとk個のサンプルだけ異なり、そしてk<nである、ステップと、e)前記データ要素に対する第2のブロックをテストするステップと、f)もし、前記データ要素が前記第1のブロック内に見つかれば、SIS配列の配列要素SIS[a+1]を予め決められた値に設定するステップとを備えている。
【0021】
本発明の他の実施形態に従えば、予め決められた信号バンド幅内で変化する信号のブロックにバイナリーコードビットを付加するための方法であって、該方法は、以下のステップ、即ち、a)予め決められた信号バンド幅内の参照信号を選択し、前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数との両方をこれと関連づけるステップと、b)前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける前記ブロック内の信号のスペクトルパワーを測定するステップであって、前記第1の周波数はスペクトルの振幅を有し、前記第2の周波数はスペクトルの振幅を有している、ステップと、c)前記第1のコード周波数のスペクトル振幅を、周波数の前記第1の近傍に於ける最大の振幅を有する周波数のスペクトル振幅と交換し、一方、前記第1の周波数と周波数の前記第1の近傍に於ける最大の振幅を有する周波数との両方に於ける位相角を保持するステップと、d)前記第2のコード周波数のスペクトル振幅を、周波数の前記第2の近傍に於ける最小の振幅を有する周波数のスペクトル振幅と交換し、一方、前記第2の周波数と周波数の前記第2の近傍に於ける最大の振幅を有する周波数との両方に於ける位相角を保持するステップとを包含している。
【0022】
【発明の実施の形態】
これら及び他の特徴及び利点は、以下の図面と組合せることにより、本発明の詳細な考慮からより明らかになるであろう。
【0023】
音声信号は、通常、32kHzと48kHzとの間の範囲のサンプリングレートでデジタル化されている。例えば、音楽のデジタルレコーディングの間、44.1kHzのサンプリングレートが、通常、使用されている。しかしながら、デジタルテレビジョン(”DTV”)は48kHzのサンプリングレートを使用すると思われる。サンプリングレートの他に、音声信号のデジタル化に於いて興味あるもう一つのパラメータは、それがサンプリングされたときに、各瞬間に音声信号を表すのに使用されるバイナリービットの数である。バイナリービットのこの数は、例えば、1サンプル当たり16から24ビットの間で変化し得る。音声信号の1サンプル当たり16ビットの使用から生ずる振幅のダイナミックレンジは、96dBである。このデシベル測定は、最も高い音声振幅(216 = 65536)と最も低い音声振幅(12 = 1)の2乗の間の比率である。24ビット使用から生ずる振幅のダイナミックレンジは、144dBである。44.1kHzのレートでサンプリングされ、そして1サンプル当たり16ビットの表現に変換された未処理の音声は705.6kbits/sのデータレートを生ずる。
【0024】
このデータレートを192kbits/s程度の低さのスループットを有するチャネル上のこのようなデータのステレオペアを伝送することができるように、音声信号の圧縮が行われる。この圧縮は、変換コーディングによって典型的に行われる。Nd=1024個のサンプルからなるブロックは、例えば、高速フーリエ変換又は他の同様の周波数分析処理の適用により、スペクトル表現に分解される。一つのブロックとその前又はその次のブロックとの間の境界で生じ得る誤差を避けるために、重畳したブロックが一般的に使用される。重畳したブロック当たり1024サンプルのこのような一つの配置では、一つのブロックは、「古い」サンプル(即ち、前のブロックからのサンプル)の512個のサンプルと、「新しい」又は現時点のサンプルの512個のサンプルとを含んでいる。このようなブロックのスペクトルの表現は、各バンドが幾つかの近傍の周波数のグループを有する臨界バンドに分割される。これらのバンドのそれぞれに於けるパワーは、そのバンド内の周波数成分の振幅の2乗を合計することにより計算され得る。
【0025】
音声圧縮は、一つの周波数に於ける高いスペクトルエネルギーの存在下では、もし低いエネルギーの信号がその高いエネルギー信号の近傍の周波数(即ち、マスクされた周波数)を有しているなら、人間の耳は低いエネルギーの信号を認識することができないというマスキングの原理に基づいている。マスクされた周波数でのこの低エネルギー信号は、マスクされた信号と称されている。(i)マスクされた周波数でそれを可聴とするために必要な音響エネルギー、又は(ii)存在する認知可能なスペクトル値に於けるエネルギー変化、の何れかを表すマスキングの閾値は、各バンドについて動的に計算される。マスクされたバンドに於ける周波数成分は、このマスキングの閾値に基づいてより少ないビットを使用して、粗い方法で表現されることができる。即ち、各バンドに於けるマスキングの閾値及び周波数成分の振幅は、圧縮された音声を構成するビットのより少ない数でコード化される。脱圧縮は、このデータに基づいてオリジナルの信号を再構築する。
【0026】
図1は、エンコーダ12が付属的コードを放送信号の音声信号部14に付加する視聴者計測システム10を例示している。これに代えて、エンコーダ12は、従来技術で知られているように、放送信号分配チェーンに於ける同様の他に位置に設けることもできる。トランスミッタ16は、エンコードされた音声信号部を放送信号のビデオ信号部18とともに伝送する。エンコード信号が統計学的に選択された計測サイト22に位置するレシーバ20によって受け取られると、たとえエンコードされた音声信号部がレシーバ20のスピーカ24に供給されるときに聴き手に認識できない付属的コードが存在しても、付属的コードが受け取った放送信号の音声信号部を処理することにより復元される。この目的のために、デコーダ26が、レシーバ20で利用できる音声出力28又は音声を再生するスピーカ24の近傍に置かれたマイクロホン30の何れかに直接接続されている。受け取られた音声信号は、モノラル又はステレオの形式のいづれであってもよい。
【0027】
スペクトル変調によるエンコーディング
エンコーダ12が圧縮技術と互換性のある方法でデジタルコードデータを音声データストリームに埋め込むために、エンコーダ12は、好ましくは、圧縮に使用されるそれにマッチしている周波数と臨界バンドを使用すべきである。コーディングに使用される音声信号のブロック長Ncは、例えば、jを整数として、jNc=Nd=1024となるように選択される。Ncに適した値は、例えば512である。図2に示したフローチャートのステップ40に示されているように、jNc個のサンプルの第1のブロックv(t)は音声信号部14からエンコーダ12によって、アナログ−to−デジタルコンバータの使用による等により導かれ、ここでv(t)は、そのブロック内の音声信号の時間領域表現である。以下の付加的な詳述に於いて議論されているように、ブロック42で任意のウインドウがv(t)に適用され得る。今のところこのようなウインドウが使用されないとすると、コード化されるべきブロックv(t)のフーリエ変換F[v(t)]がステップ44で計算される。(ステップ44で実行されるフーリエ変換は、高速フーリエ変換である。)
フーリエ変換の結果として得られる周波数は、−256から+255の範囲にインデックスが付され、ここで、255のインデックスは、サンプリング周波数fsの正確な半分の値に相当する。従って、48kHzサンプリング周波数に対しては、最も高いインデックスは24kHzの周波数に相当するであろう。従って、このインデックス化のために、フーリエ変換F[v(t)]から生ずる特定の周波数成分fjに最も近いインデックスが、以下の式によって与えられる:
【0028】
【数11】
【0029】
ここで、式(1)が、周波数fj及びその対応するインデックスIjを関連づけるために、以下の議論で使用される。
【0030】
ブロックのコーディングに使用されるコード周波数は、このバンドに於けるより高い聴覚性の閾値を利用するために、ステップ46で4.8kHzから6kHz範囲に於いて、フーリエ変換F[(v(t)]から選択され得る。また、コードのそれぞれの連続するビットは、対応するコード周波数インデックスI1及びI0によって示される異なるコード周波数f1及びf0のペアを使用し得る。コードのような聞き取れない広帯域ノイズを生成するように、ステップ46でコード周波数f1及びf0を選択する好ましい2つの方法がある。
【0031】
(a)ダイレクトシーケンス
ステップ46でコード周波数f1及びf0を選択する1つの方法は、ホップシーケンスHs及びシフトインデックスIshiftを採用する周波数ホッピングアルゴリズムの使用によりコード周波数を計算することである。例えば、もし、Nsビットが疑似ノイズシーケンスを互いに生成するようにグループ化されるなら、Hsは、予め決められた参照インデックスI5kに対する周波数偏位を表わすNs数の順序づけられたシーケンスである。Ns=7に対しては、ホップシーケンスHs=[2,5,1,4,3,2,5]及びシフトインデックスIshift=5が使用され得る。一般的に、ホップシーケンスから生ずるNsビットに対するインデックスは、以下の式によって与えられる:
【0032】
【数12】
【0033】
【数13】
【0034】
参照周波数f5kに対する可能な選択は、予め決められたインデックスI5k=53に対応して、5kHzである。f5kのこの値は、それが人間の耳の平均の最大可聴周波数以上であるという理由で選択される。音声信号の最初のブロックのエンコーディングに際して、その最初のブロックに対するI1及びI0が、ホップシーケンス数の1番目を使用して式(2)及び(3)から決定され、音声信号の2番目のブロックのエンコーディングに際して、その2番目のブロックに対するI1及びI0が、ホップシーケンス数の2番目を使用して式(2)及び(3)から決定され、以下同様である。シーケンス[2,5,1,4,3,2,5]の5番目のビットに対しては、例えば、ホップシーケンスの値は3であり、そして、式(2)及び(3)を使用して、Ishift=5の場合にインデックスI1=51及びインデックスI0=61を生成する。この例では、中間周波数インデックスは以下の式によって与えられる:
【0035】
【数14】
【0036】
ここで、Imidは、コード周波数インデックスI1及びI0の間の中間インデックスを表している。従って、コード周波数インデックスのそれぞれは、中間周波数インデックスからの同じ大きさIshiftだけオフセットされ、この2つのオフセットは反対の符号を有している。
【0037】
(b)低周波数の最大値に基づくホッピング
ステップ46でコード周波数を選択するもう一つの方法は、音声信号のスペクトルパワーが、ステップ44で決定されたのと同様に、ゼロから2kHzまで広がる低周波数バンドに於ける最大値である周波数インデックスImaxを決定することである。換言すれば、Imaxは、0−2kHzの範囲に於ける最大パワーを有する周波数に相当するインデックスである。インデックス0は「ローカル」のDC成分を表し、圧縮に使用されるハイパスフィルタによって修飾され得るので、インデックス1から始まるこの計算を実行することは有用である。コード周波数インデックスI1及びI0は、それらが人間の耳が相対的により低い感度である高周波数バンドに横たわるように、周波数インデックスImaxに対して選択される。再び、参照周波数f5kに対する可能な選択は、I1及びI0が以下の式によって与えられるように、I5k=53に対応する5kHzである:
【0038】
【数15】
【0039】
【数16】
【0040】
ここで、Ishiftはシフトインデックス、Imaxは、音声信号のスペクトルパワーに従って変化する。ここで重要なのは、入力ブロックから入力ブロックへのコード周波数インデックスI1及びI0の異なるセットが、対応する入力ブロックの周波数インデックスImaxに依存するスペクトルの変調に対して選択されるということである。この場合には、コードビットは単一ビットとしてコードされるが、しかし、各ビットをエンコードするのに使用される周波数は、ブロックからブロックへとホップする。
【0041】
周波数シフトキーイング(FSK)又は位相シフトキーイング(PSK)等の伝統的なコーディング方法とは異なり、本発明は単一の固定された周波数に依存していない。従って、「周波数ホッピング」の影響は広帯域スペクトル変調システムに見られるのと同様に生成される。しかしながら、広帯域スペクトルとは異なり、本発明のコーディング周波数を変化させる目的は、可聴にしてしまう定数のコード周波数の使用を避けることである。上述の2つのコード周波数選択のアプローチ(a)及び(b)の何れかに対して、音声ブロック、振幅変調及び位相変調に於けるデータのバイナリービットをエンコードするための少なくとも4つの方法がある。これらの2つの変調の方法は、以下に別々に記載される。
【0042】
(i)振幅変調
バイナリーの「1」を振幅変調を使用してコード化するために、I1に於けるスペクトルパワーが、その対応する周波数の近傍に於いて最大値を構成するようなレベルに増大される。コード周波数f1及びf0が、それらがデコーダ26によって検出され得るようにどの程度増大させ又は減衰させなければならないかを決定するために、この周波数近傍に対応するインデックスの近傍がステップ48で分析される。インデックスI1に対しては、その近傍はI1−2からI1+2に広がっているのが好ましく、I1の近傍がI0の近傍に重ならないように充分に小さくカバーするように束縛されている。同時に、I0に於けるスペクトルパワーが、それをI0−2からI0+2の範囲のインデックスのその近傍に於ける最小値とするように修飾される。逆に、バイナリー「0」を振幅変調を使用してコード化するために、それらの対応する近傍に於いて、I0に於けるパワーが増大され、I1に於けるパワーが減衰される。
【0043】
例として、図3は、45から77までの周波数インデックスの範囲に亘ってプロットしたjNcのサンプルの音声ブロックのスペクトル50を示している。スペクトル52は、「1」ビットのコーディングの後の音声ブロックを示し、スペクトル54は、コーディングの前の音声ブロックを示している。コード周波数選択アプローチ(a)による「1」ビットのエンコーディングのこの特定の実例に於いて、ホップシーケンスの値は、58個の中間周波数インデックスをもたらす5である。I1及びI0に対する値は、それぞれ53及び63である。53に於けるスペクトル振幅は、次に、それをインデックスのその近傍内で最大とするために、図2のステップ56で修飾される。63に於ける振幅は、既に最小値を構成し、従って、ステップ56でほんの小さい付加的な減衰がステップ56で適用される。
【0044】
スペクトルパワー修飾プロセスは、それぞれI1及びI0の近傍にある4つの値の計算を必要としている。I1の近傍に対しては、これらの4つの値は以下のようである:(1)最大パワーを有するI1の近傍に於ける周波数のインデックスであるImax1;(2)Imax1でのスペクトルパワーであるPmax1;(3)最小値を有するI1の近傍に於ける周波数のインデックスであるImin1;及び(4)Imin1でのスペクトルパワーであるPmin1。I0近傍に対する対応する値は、Imax0,Pmax0,Imin及びPminである。
【0045】
もし、Imax1=I1なら、そして、もし、コード化されるべきバイナリー値が「1」であるなら、Pmax1(即ち、I1に於けるパワー)に於けるトークンの増大のみがステップ56で要求される。同様に、もし、IminO =I0 なら、Pmax0(即ち、I0に於けるパワー)に於けるトークンの減少のみがステップ56で要求される。Pmax1が増大したときに、ステップ56でファクター1+Aが乗算され、ここで、Aは1.5から2.0の範囲にある。Aの選択は、圧縮生存性テストと結びつけられた実験的可聴性テストに基づいている。検知不可性のための条件は、Aについて低い値を要求し、一方、圧縮生存性に対する条件は、Aについて大きな値を要求する。Aの固定された値は、それ自身をトークンの増大又はパワーの減少のみに導くものではない。従って、Aに対するより論理的な選択は、ローカルマスキングの閾値に基づく値であろう。この場合には、Aは変数であり、コーディングは最小の増加パワーレベルによって達成され得、依然として圧縮に対して生存する。
【0046】
何れの場合にも、I1に於けるスペクトルパワーは、以下の式によって与えられる:
【0047】
【数17】
【0048】
この式は、I1に於ける周波数成分の実数及び虚数部分の適当な修飾を伴っている。実数及び虚数部分は、位相角を一定に保つために同じファクターが乗算される。I0でのパワーは、同様の方法により、(1+A)-1Pmin0に対応する値に減少される。
【0049】
また、ステップ44で決定されるようにコード化されるべきブロックのフーリエ変換は、−256から−1の範囲のインデックス値で変化するインデックスを有する負の周波数成分を含んでいる。周波数インデックス−I1及び−I0でのスペクトル振幅は、以下の式に従って、それぞれI1及びI0での振幅の複素共役を表わす値に設定されなければならない:
【0050】
【数18】
【0051】
【数19】
【0052】
【数20】
【0053】
【数21】
【0054】
ここで、f(I)はインデックスIでの複素スペクトルの振幅である。現時点でバイナリーコード(「0」又は「1」の何れか)を含む修飾された周波数スペクトルは、以下に議論するように、エンコードされた時間領域信号を得るために、ステップ62で逆変換処理を受ける。
【0055】
マスキングの影響に基づく圧縮アルゴリズムは、ビット割り当てアルゴリズムを用いて個々のスペクトル成分の振幅を修飾する。隣接するバンドに於ける高いスペクトルエネルギーの存在によって、マスキングの高いレベルに曝されている周波数バンドは、より少ないビットに割り当てられ、これによって、それらの振幅が粗く量子化される。しかしながら、殆どの条件下の圧縮された音声は、近傍の周波数では相対的な振幅を維持する傾向にある。ステップ56で増幅又は減衰されたエンコードされた音声ストリームに於ける選択された周波数は、従って、圧縮/脱圧縮プロセスの後でさえ、それらの相対的な位置を保持している。
【0056】
ブロックのフーリエ変換F[v(t)]は、適当な周波数でのパワーを増大させることによりビットのエンコーディングを許容するように周波数f1及びf0での十分な振幅の周波数成分をもたらさないかもしれないことが起こり得る。この場合には、このブロックはエンコードせずに、その代わりに、周波数f1及びf0での信号のパワーがエンコーディングに適している引き続くブロックのエンコードを行うのが好ましい。
【0057】
(ii)周波数の交換による変調
上記セクション(i)に記載した振幅変調アプローチのバリエーションであるこのアプローチでは、I1及びImax1での最初の位相角を保持している間の1ビットのエンコーディングに際して、I1及びImax1でのスペクトル振幅が交換される。I0及びImax0に於けるスペクトル振幅の間でも、同様の交換が行われる。ゼロビットのエンコーディングに際しては、I1及びI0の役割は、振幅変調の場合に於けるように逆にされる。先の場合のように、対応する負の周波数インデックスにも交換が適用される。このエンコーディングのアプローチは、エンコードされた信号が僅かな周波数歪みのみを受けるので、低い可聴性レベルをもたらす。エンコードされていない又はエンコードされた信号の何れも、同じエネルギー値を有している。
【0058】
(iii)位相変調
スペクトル成分I0に関連する位相角が以下の式によって与えられる:
【0059】
【数22】
【0060】
ここで、0≦Ф0≦2πである。I0に関連する位相角は、同様の方法により計算され得る。バイナリー数をエンコードするために、通常は低いスペクトル振幅を有するこれらの成分の一つの位相角は、参照となる他の成分に対して位相が一致しているか(即ち、0゜)又は位相がずれている(即ち、180゜)かの何れかに修飾され得る。このように、バイナリー0は同相の修飾としてエンコードされ、バイナリー1は位相の異なった修飾としてエンコードされ得る。これに代えて、バイナリー1は同相の修飾としてエンコードされ、バイナリー0は位相の異なった修飾としてエンコードされ得る。修飾されている成分の位相角はФMと称され、他の位相角はФRと称される。修飾可能なスペクトル成分とすべきより低い振幅を選択することは、オリジナルの音声信号に於ける変化を最小にする。
【0061】
変調のこの形式を達成するために、スペクトル成分の一つが180゜の最大位相変化を受けなければならず、これは、コードを可聴にする。しかしながら、実際には、この程度の位相変調を行うことは必要ではない、というのは、2つの成分が互いに位相が「近い」か、又は「遠く」離れていることを確認することが必要なだけであるからである。従って、ステップ48で、ФRの周囲の範囲に亘って広がる位相±π/4の近傍と、ФR+πの周囲の範囲に亘って広がる位相±π/4の近傍とが選択され得る。修飾可能なスペクトル成分は、バイナリー「0」又はバイナリー「1」がエンコードされているかどうかに依存してこれらの位相近傍の一つに入るように、ステップ56で修飾されたその位相角ФMを有している。もし、修飾可能なスペクトル成分が既に適当な位相近傍にあるなら、位相修飾は不要である。典型的な音声ストリーム成分では、約30%のセグメントがこの方法で「自己コード化」され、変調は必要ではない。
【0062】
(iv)奇数/偶数インデックス変調
この奇数/偶数インデックス変調では、他の変調スキームの場合に選択されたように単一のコード周波数インデックスI1が使用される。インデックスI1,I1+1,I1+2,及びI1+3によって定義される近傍が、この近傍で最大のスペクトル成分に相当するインデックスImが奇数か偶数かを決定するために分析される。もし、エンコードされるべきビットが「1」で、インデックスImが奇数なら、コードされているブロックが「自動コード化」であると判断される。さもなければ、その近傍に於ける奇数インデックスが付された周波数は、それを最大にするように振幅を選択される。ビット「0」は偶数インデックスを用いて同様の方法でコード化される。4つのインデックスからなる近傍に於いて、最大のスペクトルパワーを有する周波数のパリティが適当なビット値をコーディングするのに必要とされる確率は、0.25である。従って、平均でブロックの25%が「自己コード化」されるであろう。コーディングのこのタイプは、著しくコードの可聴性を減少させる。
【0063】
上述のタイプの振幅又は位相変調の何れかによってコーディングされたブロックに関連する実際の問題は、音声信号に於ける大きな不連続性が連続するブロックの間の境界に生じ得ることである。これらのシャープな遷移を排除するために、ステップ44でフーリエ変換を実行するに先立って、ステップ42で時間領域信号v(t)に滑らかな包絡線又はウインドウ関数w(t)を乗算することが可能である。ウインドウ関数は、ここに記載した周波数交換アプローチによる変調のためには必要とされない。周波数の変形は、隣接するブロックの間の時間領域に於けるほんの小さな端部の不連続性を生成するのに十分小さいのが通常である。
【0064】
ウインドウ関数w(t)は図4に示されている。従って、ステップ54で実行される分析は、F[v(t)w(t)]から生ずるブロックの中央のセクションに限定される。必要なスペクトル変調が変換F[v(t)w(t)]上のステップ56で実行される。
【0065】
ステップ62に続いて、コード化された時間領域信号は、ステップ64で以下の式に従って決定される。
【0066】
【数23】
【0067】
式(13)の右辺の最初の部分は、オリジナルの音声信号v(t)であり、式(13)の右辺の2番目の部分はエンコーディングであり、そして、式(13)の左辺は結果として生ずるエンコードされた音声信号v0(t)である。
【0068】
個々のビットは、これまで記述した方法によってコード化され得る一方、デジタルデータの部分的なデコーディングもまた、(i)データのスタートに位置するように同期化することと、(ii)信頼性のあるデータの受領を提供するための組み込み誤り訂正と、を必要としている。スペクトル変調によるコーディングから生ずる生のビット誤り率は高く、典型的には20%の値にも達し得る。このような誤り率の存在下に、同期化及び誤り訂正の両方は、1又はゼロの疑似ノイズ(PN)シーケンスを使用して達成され得る。PNシーケンスは、例えば、図5に示すように、m−ステージシフトレジスタ58(ここで、図5の場合に於いては、mは3である)及びイクスクルーシブ−ORゲート60を使用して生成され得る。便宜上、n−ビットのPNシーケンスは、ここではPNnシーケンスと称する。NPNビットのPNシーケンスにとって、m−ステージシフトレジスタが以下の式に従う動作を行うのに必要である:
【0069】
【数24】
【0070】
ここで、mは整数である。例えば、m=3では、7−ビットPNシーケンス(PN7)は、1110100である。特定のシーケンスは、シフトレジスタ58の初期設定に依存する。エンコーダ12の一つのローバストバージョンでは、データの個々のビットのそれぞれは、このPNシーケンスによって表現され、即ち、1110100がビット「1,」に対して使用され、補数0001011が「0.」に対して使用される。コードの各ビットをコードするための7ビットの使用は、極端に高いコーディングオーバーヘッドをもたらす。
【0071】
もう一つの方法は、複数のPN15シーケンスを使用し、そのそれぞれは、コードデータの5個のビット及び10個の付加誤り訂正ビットを含んでいる。この表現は、5ビットコードデータ言語の何れか2つの間のハミング距離7を提供する。15ビットシーケンスに於ける3つまでの誤りが検出され得、そして訂正され得る。このPN15シーケンスは、理想的には、20%の生ビット誤り率を有するチャネルに適している。
【0072】
同期化という点から、PN15コードビットシーケンス74をコード化されたデータストリームに於ける他のビットシーケンスから区別するために、一意の同期化シーケンス6(図7a)が必要とされる。図7bに示した好ましい実施形態では、同期化シーケンス6の第1のコードブロックは、「三重音」70の同期化シーケンスを使用し、そこでは、インデックスI0,I1,及びImidを有する3個のシーケンスが、図6に於ける実施例によって記述されているように、それぞれその各近傍での最大値となるように、全てが十分に増幅される。それらのそれぞれの周波数近傍に於ける相対的最大値であるべき3個の選択された周波数で信号を増幅することにより三重音70を生成することは好ましいけれども、これらの信号は、これに代えて、3個の関連する極値が3個の極小値を有するように、局所的に減衰され得ることに注意すべきである。極大値と極小値のどのような組合せも、三重音70に使用され得ることに注意すべきである。しかしながら、放送音声信号は無音の実質的な期間を含んでいるので、好ましいアプローチは、局所的な減衰より、むしろ局所的な増幅を含んでいる。シーケンスに於ける第1のビットであると、三重音70が由来するブロックに対するホップシーケンス値は2であり、中間周波数インデックスは55である。三重音ブロックを真に一意とするためには、7のシフトインデックスが通常の5に代えて選択される。その振幅が全て増幅されている3つのインデックスI0,I1,及びImidは、図6に示すように、48、62及び55である。(この実施例では、Imid=HS+53=2+53=55である)。三重音70は、15個のブロックシーケンス66の最初のブロックであり、同期化データの1ビットを本質的に表している。ブロックシーケンス66の残りの14ブロックは、2つのPN7シーケンス:1110100,0001011からなる。これは、コードデータを表す全てのPNシーケンスから明らかな15個の同期化ブロックを作る。
【0073】
先に述べたように、伝送されるべきコードデータは5ビットのグループに変換され、そのそれぞれは、PN15シーケンスによって表現される。図7aに示すように、エンコードされていないブロック72は、PNシーケンス74の連続するペアのそれぞれの間に挿入される。デコーディングの間、隣接するPNシーケンス74の間のこのエンコードされていないブロック72(又はギャップ)は、音声サンプルの範囲に亘って相関最大値を捜すことを許容することにより、正確な同期を許容する。
【0074】
ステレオ信号の場合には、右及び左のチャネルが単一の音声信号ストリームを生成するように結合される。変調のために選択される周波数は、両方のチャネルで同じなので、結果として生ずるモノラルの音もまた、デコードされたときに同じデジタルコードが復元されるように、所望のデジタルスペクトル特性を有することが予期される。
【0075】
スペクトル的に変調された信号のデコーディング
殆どの実例では、埋め込まれたデジタルコードは、レシーバ20の音声出力28で利用可能な音声信号から復元され得る。その代わりに、又はレシーバ20が音声出力28を有していないところでは、アナログ信号は、スピーカ24の近傍に設置されたマイクロホン30により再生され得る。マイクロホン30が使用される場合には、又は音声出力28上の信号がアナログである場合には、デコーダ20はアナログ音声を、エンコーダ12のサンプリング速度に一致した好ましいサンプリング速度でサンプルされたデジタル出力ストリームに変換される。メモリとコンピュータパワーの点で制限のあるデコーディングシステムでは、半分の速度のサンプリングが使用され得る。半分の速度のサンプリングでは、各コードブロックはNC=256サンプルからなり、周波数領域(即ち、連続するスペクトル成分の間の周波数の差)は、フルサンプリング速度に於けると同じままである。レシーバ20がデジタル出力を提供する場合には、デジタル出力はデコーダ26によって、サンプリングなしに、しかしデコーダ26に適したデータ速度で、直接処理される。
【0076】
コーディングのタスクは、デコードされたデータビットの、同期化シーケンス又は一又はそれ以上コードビットを表すコードデータシーケンスの何れかであり得るPN15シーケンスのそれらへのマッチングの主たる一つである。周波数変調された音声ブロックがここでは考慮される。しかしながら、位相変調ブロックのコーディングは、スペクトル分析を除いて実質的に同じであり、それは、振幅分布よりむしろ位相角を比較し、インデックス変調されたブロックが、特定された近傍で最大値を有する周波数インデックスのパリティを同様に分析するであろう。また、周波数交換によりエンコードされた音声ブロックは、同じプロセスによってデコードされ得る。
【0077】
音声コーディングの実際の実行に於いては、ホーム視聴者計測システムで使用されるような、リアルタイムの音声ストリームをデコードする能力は非常に好ましい。また、デコードされたデータを中央のオフィスに伝送することも非常に好ましい。デコーダ26は、このようなアプリケーションで典型的に使用されるハードウエアに基づくデジタルシグナルプロセッサ(DSP)上で、以下に記述されたデコーディングアルゴリズムを実行するように構成されている。上述のように、入ってくるエンコードされた音声信号は、音声出力28又はスピーカ24の近傍に設置されたマイクロホン30の何れかから、デコーダ26にとって利用可能なものとする。処理速度を増大させ、メモリの要求を減少させるために、デコーダ26は、入ってくるエンコードされた音声信号を、通常の48kHzサンプリングレートの半分(24kHz)でサンプリングする。
【0078】
コード情報を表す実際のコードビットの復元の前に、同期化シーケンスを位置づけることが必要となる。入ってくるエンコードされた音声ストリーム内の同期化シーケンスを検索するために、それぞれ最新の受領したサンプルと前の255個のサンプルからなる、256個のサンプルのブロックが分析される。実時間の操作については、256個のサンプルブロックの高速フーリエ変換の計算を含むこの分析は、次のサンプルの到着前に完了している必要がある。256点の40MHzのDSPプロセッサでの高速フーリエ変換の実行は、約600マイクロセカンドを要する。しかしながら、サンプル間の時間はたったの40マイクロセカンドであり、これは、上述のような入ってくるコード化された音声信号の実時間処理を、現在のハードウエアを用いたのでは実際的ではないものにしている。
【0079】
それ故に、通常の高速フーリエ変換を各256個のサンプルブロックについて計算する代わりに、処理の進行に伴って連続的にアップデートされる状態情報配列SISの使用と組み合わされた、増分又はスライディング高速フーリエ変換ルーチン100(図8)を実行することにより、実時間のデコーディングを遂行するように、デコーダ26が構成され得る。この配列は、SIS[0]からSIS[p−1]のp個の要素を有している。例えば、もし、p=64なら、状態情報配列SISの要素は、SIS[0]からSIS[63]である。
【0080】
更に、256個の周波数の「箱」からなる完全なスペクトルを計算する通常の変換とは異なり、デコーダ26は、スペクトル振幅を着目している近傍、即ち、エンコーダ12によって使用されている近傍に属する周波数インデックスでのみスペクトル振幅を計算する。典型的な例では、45から70の範囲に亘る周波数インデックスは、対応する周波数スペクトルがただの26個の周波数の箱を含むのに十分である。復元されたどのようなコードも、メッセージブロックの最後に出くわしたらできるだけ速く、状態情報配列SISの一又はそれ以上の要素に現れる。
【0081】
加えて、高速フーリエ変換によって分析された周波数スペクトルは、音声ストリームの非常に少ない数のサンプルを典型的に変更する。従って、「新たな」サンプルと255個の「古い」サンプルからなる256個のサンプルの各ブロックを処理する代わりに、256個のサンプルは、処理されるべき256個のサンプルの各ブロックに於いては、最新のk個のサンプルは「新しく」、残りの256−k個のサンプルは、先の分析からのものである。k=4の場合に於いて、処理速度は、4つのサンプル増加に於ける音声ストリームを通じてスキップすることにより増大し、ここで、スキップファクターkは、この操作を説明するためにk=4と定義されている。状態情報配列SISの各要素SIS[p]は、5つのメンバからなる:前の条件状態PCS、次のジャンプインデックスJI、グループカウンタGC、生データ配列DA、及び出力データ配列OP、である。生データ配列DAは15個の整数を保持する容量を有している。出力データ配列OPは、10個の整数を格納し、出力データ配列OPの各整数は、受領したPN15シーケンスから抽出された5ビットの数に対応している。従って、このPN15シーケンスは、5個の実際のデータビットと、10この他のビットとを有している。これらの他のビットは、例えば、誤り訂正に使用される。ここでは、どのようなメッセージブロックも使用され得るけれども、50ビットからなるメッセージブロックに於ける有用なデータは、それぞれ5ビットを含む10グループに分割されると仮定される。
【0082】
状態情報配列SISのオペレーションは、図8に関連して最もよく説明される。受領した音声の256個のサンプルの最初のブロックは、処理ステージ102でバッファに読み込まれる。256個のサンプルの最初のブロックは、通常の高速フーリエ変換により処理ステージ104で分析されて、そのスペクトルパワー分布が得られる。ルーチン100によって実行される引き続く全ての変換は、上記で言及し以下に記述する高速増分アプローチを使用して実行される。
【0083】
最初に同期化シーケンスを位置決めるために、処理ステージ102で読まれた最初の256個のサンプルブロックに対応する高速フーリエ変換が、同期化シーケンスに於ける最初のビットを表す三重音に対する処理ステージ106でテストされる。三重音の存在は、上述のような三重音の生成に於けるエンコーダ12によって使用されるインデックスI0,I1及びImidに対する最初の256個のサンプルブロックを試すことにより決定され得る。この最初の256サンプルのブロックに関連するSIS配列のSIS[p]要素は、SIS[0]であり、ここでは状態配列インデックスpが0に等しい。もし、三重音が処理ステージ106で見出されると、状態情報配列SISのSIS[0]要素の或るメンバの値は、処理ステージ108で以下のように変更される:最初に0に設定されている前の条件状態PCSが、SIS[0]に対応するサンプルブロックに見出されたことを示す1に変更される;次のジャンプインデックスJIが1に増加される;及び、生データ配列DAの生データメンバDA[0]の最初の整数が三重音のその値(0又は1)に設定される。この場合には、三重音は1ビットの等価であるから、生データ配列DAの生データメンバDA[0]の最初の整数は、1に設定される。また、状態配列インデックスpは、次のサンプルブロックのために1だけ増加される。三重音が存在しなければ、SIS[0]要素に於けるこれらの変化の何れもが、処理ステージ108で作成されないが、状態配列インデックスpは、次のサンプルブロックのために、また1だけ増加される。この256個のサンプルブロックで三重音が検出されようとされまいと、ルーチン100は処理ステージ110で増分FFTモードに入る。
【0084】
従って、新たな256個のサンプルブロックの増分が、処理ステージ112で、処理ステージ102〜106で処理された最初の256個のサンプルブロックに対して、4つの新たなサンプルを加え、4つの最も古いサンプルを加えることにより、バッファに読み込まれる。この新たな256個のサンプルブロックの増分は、処理ステージ114で以下のステップに従って分析される:
ステップ1:フーリエ変換のスキップファクターkが、対応する周波数成分F1(u0)を誘導するために最初のサンプルブロックに対応するスペクトルの各周波数成分Fold(u0)を修飾するために、以下の式に従って適用される:
【0085】
【数25】
【0086】
ここで、u0は着目している周波数インデックスである。上記の典型的な実施例に従って、周波数インデックスu0は45から70まで変化する。この第1のステップは、2つの複素数の乗算を含んでいることに注意すべきである。
【0087】
ステップ2:古い256個のうちの第1の4個のサンプルの結果は、次に、最初のサンプルブロックに対応するスペクトルのF1(u0)のそれぞれから除去され、そして、以下の式に従う各周波数インデックスu0に対する新たなスペクトル振幅Fnew(u0)を得るために、4つの新たなサンプルの結果は、現在のサンプルブロックの増分に対応するスペクトルのF1(u0)のそれぞれに含まれる:
【0088】
【数26】
【0089】
ここで、fold及びfnewは時間領域サンプル値である。この第2のステップは、実数と虚数との積の合計に対する複素数の加算を含んでいることに注意すべきである。この計算は、着目している周波数インデックスの範囲に亘って繰り返される(例えば、45から70)。
【0090】
ステップ3:エンコーダ12に於けるウインドウ関数による256個のサンプルブロックの乗算の結果は、次に、考慮に入れられる。即ち、上記ステップ2の結果は、エンコーダ12で使用されるウインドウ関数によって制限されない。従って、ステップ2の結果は、このウインドウ関数によって乗算されるのが好ましい。時間領域に於ける乗算は、スペクトルの、ウインドウ関数の高速フーリエ変換による重畳と等価であり、第2のステップからの結果は、ウインドウ関数と重畳される。この場合には、この操作に好ましいウインドウ関数は、振幅(−0.05、1、+0.05)を有する狭い3−インデックス(3-index)スペクトルを有する以下のよく知られた「二乗余弦」関数である:
【0091】
【数27】
【0092】
ここで、Twは、時間領域に於けるウインドウの幅である。この「二乗余弦」関数は、スペクトル振幅の実数及び虚数部分を含む3つの乗算及び加算のみを必要としている。この操作は、計算速度を著しく改善する。このステップは、周波数交換による変調の場合には必要とされない。
【0093】
ステップ4: ステップ3から生ずるスペクトルは、次に、三重音の存在を試験される。もし、三重音が見つかれば、状態情報配列SISのSIS[1]要素の或るメンバの値が処理ステージ116で以下のように設定される:最初は0に設定されている先の条件状態PCSが1に変更される;次のジャンプインデックスJIが1に増加される;及び、生データ配列DAの生データメンバDA[1]の最初の整数が1に設定される。また、状態配列インデックスpは1だけ増加される。もし、三重音が存在しなければ、これらの変更の何れも、処理ステージ116でSIS[1]要素の構造のメンバに対して行われず、しかし、状態配列インデックスpは1だけ増加される。
【0094】
pは処理ステージ118で決定されるように64にまだ等しくなく、グループカウンタGCは処理ステージ120で決定されるように10の積算されたカウント数ではないので、処理ステージ112−120に相当するこの分析は、それぞれのサンプル増分に対してpが増加される4つのサンプル増分に於いて上述した方法で進められる。p=64であるSIS[63]に達すると、処理ステージ118でpが0にリセットされたとき、今現在バッファにある256サンプルブロック増分は、最後にSIS[0]がアップデートされた音声ストリームに於ける位置から正確に256サンプル隔たっている。各時間pが64に達すると、SIS[0]−SIS[63]の要素によって表されるSIS配列は、これらの要素の何れかの先の条件状態PCSが、三重音を示す1であるかどうかについて試験される。もし、現在のサンプルブロック増分に対応するこれらの要素の何れかの先の条件状態PCSが1でなければ、処理ステージ112−120が次の64個のブロック増分について繰り返される。(各ブロック増分は、256個のサンプルを有している)。
【0095】
一度、先の条件状態PCSが、64個のサンプルブロック増分の何れかのセットに対応するSIS[0]−SIS[63]の要素の何れかについて1に等しくなり、そして、対応する生データメンバDA[p]が三重音のビットの値に設定されると、次の64個のブロックが、同期化シーケンスに於ける次のビットに対する処理ステージ112−120で分析される。
【0096】
pが0にリセットされるところから始まる新たなブロック増分のそれぞれは、同期化シーケンスに於ける次のビットについて分析される。この分析は、次のジャンプインデックスJIが1に等しいので、ホップシーケンスHSの第2のメンバを使用する。このホップシーケンス数及びエンコーディングで使用されるシフトインデックスから、I1及びI0インデックスが、例えば式(2)及び(3)から決定される。次に、I1及びI0インデックスの近傍は、振幅変調の場合の最大値と最小値を位置決めするための分析に使用される。もし、例えば、I1でパワーの最大値が、そしてI0でパワーの最小値が検出されたら、同期化シーケンスに於ける次のビットが1にされる。圧縮又は変形の他の形式によって生じ得る信号に於ける幾らかの変動を許容するために、近傍に於ける最大パワー又は最小パワーの何れかについてのインデックスが、その予期される値から1だけ外れるのが許容される。例えば、パワー最大値がインデックスI1で見出されると、そして、もし、I0近傍に於けるパワー最小値がI0−1で見出されると、I0の代わりに、同期化シーケンスに於ける次のビットも1にされる。これに対して、もし、I1でのパワー最小値及びI0でのパワー最大値が上記で議論した同様に許容される変動を使用して検出されると、同期化シーケンスに於ける次のビットが0にされる。しかしながら、もし、これらの条件の何れも満たされないなら、出力コードは、デコードされ得ないサンプルブロックであることを示す−1に設定される。もし、0ビット又は1ビットが見出されると、生データ配列DAの生データメンバDA[1]の第2の整数が適当な値に設定され、そして、SIS[0]の次のジャンプインデックスJIが、ホップシーケンスHSの第3のメンバに対応する2に増加される。エンコーディングで使用されるこのホップシーケンス数とシフトインデックスから、I1及びI0インデックスが決定され得る。I1及びI0インデックスの近傍は、同期化シーケンスの16個のこのようなビットについて、次のビットの値が64個のブロック増分等からデコードされ得るように、振幅変調の場合の最大値及び最小値を位置決めするように分析される。生データ配列DAに格納された16のビットは、次に、同期化を決定するために参照同期化シーケンスと比較される。もし、生データ配列DAに格納された16のビットと、参照同期化シーケンスとの間の誤差の数が予め設定された閾値を超えるなら、抽出されたシーケンスは同期化として許容できず、同期化シーケンスのサーチは再び三重音のサーチから開始する。
【0097】
もし、妥当な同期化シーケンスが検出されると、妥当な同期化が存在し、次に、各PN15データシーケンスが、PN15データシーケンスが同期化シーケンスについては反転されている三重音の検出に条件づけされていないことを除いて、同期化シーケンスで使用されるのと同様の分析を使用して抽出され得る。PN15データシーケンスの各ビットが見出されたとき、それは生データ配列DAの対応する整数として挿入される。生データ配列DAの全ての整数が満たされたとき、(i)これらの整数は、32個の可能なPN15データシーケンスのそれぞれと比較され、(ii)最良のマッチングシーケンスは、出力データ配列OPの適当な配列位置への書き込みのために選択するために、どの5−ビット数かを示し:(iii)グループカウンタGCメンバが、最初のPN15データシーケンスが首尾よく抽出されたこと示すように、増加される。もし、グループカウンタGCがまだ処理ステージ120で決定された10まで増大していないなら、プログラムフローは、次のPN15データシーケンスをデコードするために、処理ステージ112に戻る。
【0098】
グループカウンタGCが処理ステージ120で決定された10まで増大しているとき、フルの50ビットメッセージを含む出力データ配列OPが処理ステージ122で読み出される。メッセージブロックに於けるサンプルの合計数は、半分のサンプリング周波数24kHzの下で45,056である。同期化は互いに接近している音声ストリームに於ける幾つかの位置に出現し得るので、それぞれその近傍から4サンプルだけ隔てられたメッセージブロックを表している状態情報配列SISの幾つかの隣接する要素が、同じメッセージの復元に導くことは可能である。もし、全てのこれらのメッセージが同じなら、誤りのないコードが到着した可能性が高い。
【0099】
一度、メッセージが受領されて処理ステージ122で読まれると、次のメッセージブロックの同期化シーケンスの三重音についてステージ126でサーチを再開するために、対応するSIS要素の先の条件状態PCSはステージ124で0に設定される。
【0100】
多重レベルコーディング
一以上のメッセージを同じ音声ストリームに挿入する必要がしばしばある。例えばテレビジョン放送環境では、番組のネットワーク創作者は、その識別コードとタイムスタンプとを挿入し、この番組を運ぶネットワークの提供者もその自身の識別コードを挿入するかもしれない。加えて、広告社又はスポンサーは、そのコードを付加することを望むかもしれない。このような多重レベルのコーディングに対応するために、50ビットシステムに於ける48ビットは、そのコードに使用され、残りの2ビットがレベルの特定に使用され得る。通常、第1の番組材料ジェネレータ、例えばネットワークは、音声ストリームにコードを挿入するであろう。その第1のメッセージブロックは、00に設定されたレベルビットを有し、そして、3レベルシステムの場合に第2及び第3メッセージブロックに対して、同期化シーケンス及び2レベルビットが設定されるであろう。例えば、第2及び第3メッセージに対するビットは、両方とも実際のデータエリアが使用されずに残されていることを示す11に設定される。
【0101】
ネットワーク関連のステーションは、11レベル設定を有する第2のメッセージブロックの同期化を配置するデコーダ/エンコーダの組合せを有するそのコードをここで入力し得る。このステーションは、このブロックのデータエリアにそのコードを挿入し、そして、レベルビットを01に設定する。次のレベルエンコーダは、そのコードを第3のメッセージブロックのデータエリアに挿入し、レベルビットを10に設定する。エンコーディングの間、レベルビットは各メッセージレベルのカテゴリーを識別する。
【0102】
コードの消去と上書き
コードの消去の手段を提供し又はコードを消去し上書きすることも必要とされる。消去は、デコーダを使用して三重音/同期化シーケンスを検出することにより、そして次に、コードがもはや復元されないように三重音の少なくとも一つを修飾することにより、達成され得る。上書きは、音声に於ける同期化シーケンスを抽出すること、データエリアに於けるデータビットをテストすること、及び望ましいビット値を有していないブロックでのみ新たなビットを挿入することを含んでいる。新たなビットは、データエリアの適当な周波数を増幅し及び減衰させることにより挿入される。
【0103】
遅延補償
エンコーダ12の実際的な実現は、NC個、ここでNCは典型的には512である、の音声サンプルは、与えられたどのような時間でも処理される。スループット遅延の最小量の操作を達成するために、以下の4個のバッファが使用される:入力バッファIN0及びIN1、出力バッファOUT0及びOUT1である。これらのバッファのそれぞれは、NCサンプルを保持する。入力バッファIN0内のサンプルが処理されている間、入力バッファIN1は新たに入ってくるサンプルを受領する。入力バッファIN0からの処理された出力サンプルは、出力バッファOUT0に書き込まれ、先にエンコードされたサンプルは、出力バッファOUT1から出力に書き込まれる。これらのバッファのそれぞれに関連するオペレーションが完了すると、入力バッファIN1に格納されているサンプル上で処理を開始し、一方、入力バッファIN0は新たなデータの受領を開始する。出力バッファOUT1からのデータは、ここで出力に書き込まれる。エンコーダの入力及び出力セクションに於ける一対のバッファの間のスイッチングのサイクルは、新たな音声サンプルがエンコーディングのために到着するかぎり続く。入力に到着するサンプルは、そのエンコードされたバージョンが出力に現れる前に、48kHzのサンプリング速度で2つのバッファを満たすのに必要な時間期間と等価な遅延を受ける。この遅延は、約22msである。エンコーダ12がテレビジョン放送環境で使用されるとき、ビデオと音声との間の同期化を維持するために、この遅延を補償する必要がある。
【0104】
このような補償の配置は、図9に示されている。図9に示すように、図1のエンコーダ12,14及び18で使用され得るエンコーディング配置200は、アナログビデオ及び音声入力、又はデジタルビデオ及び音声入力の何れかを受領するように構成されている。アナログビデオ及び音声入力は、対応するビデオ及び音声アナログデジタルコンバータ202及び204に供給される。音声アナログデジタルコンバータ204は、公知の設計のもの又は上記で開示されたように構成された音声エンコーダ206に提供される。デジタル音声入力は、音声エンコーダ206に直接提供される。これに代えて、もし、入力デジタルビットストリームが、デジタルビデオ及び音声のビットストリームの部分の組合せであるなら、入力デジタルビットストリームは、入力デジタルビットストリームのデジタルビデオと音声との部分に分離し、分離されたデジタルビデオ部分と音声部分とを音声エンコーダ206に供給するデマルチプレクサ208に供給される。
【0105】
音声エンコーダ206は、デジタルビデオビットストリームに関連して、上記で議論したデジタル音声ビットストリーム上に遅延をインポーズするので、ディレイ210がデジタルビデオビットストリームに導入されている。デジタルビデオビットストリーム上にディレイ210によってインポーズされている遅延は、音声エンコーダ206によってデジタル音声ビットストリーム上にインポーズされている遅延に等しい。従って、エンコーディング配置200の下流デジタルビデオ及び音声ビットストリームのダウンストリームは、同期化されるであろう。
【0106】
アナログビデオ及び音声入力がエンコーディング配置200に提供される場合には、ディレイ210がビデオデジタルアナログコンバータ212と、音声エンコーダ206の出力とが音声デジタルアナログコンバータ214に提供される。別々のデジタルビデオ及び音声ビットストリームがエンコーディング配置200に供給される場合には、ディレイ210の出力は、エンコーディング配置200のデジタルビデオ出力として直接供給され、音声エンコーダ206の出力エンコーディング配置200のデジタル音声出力として、直接供給される。しかしながら、結合されたデジタルビデオ及び音声ビットストリームがエンコーディング配置200に供給される場合には、ディレイ210と音声エンコーダ206の出力は、そのデジタルビデオ及び音声ビットストリームをエンコーディング配置200の出力として結合するマルチプレクサ216に供給される。
【0107】
本発明の或る改変が上記で議論された。他の改変が本発明の技術分野で実施されているものに生じるであろう。例えば、上記に従って、エンコーディング配置200は、音声エンコーダ206によって音声ビットストリーム上にインポーズされる遅延を補償するためにビデオビットストリーム上に遅延をインポーズするディレイ210を含んでいる。しかし、エンコーディング配置200の幾つかの実施形態は、音声アナログデジタルコンバータ202のビデオ出力又は入力デジタルビデオビットストリーム又はデマルチプレクサ208の出力をエンコードするために、公知の設計であるビデオエンコーダ218を場合によっては含み得る。ビデオエンコーダ218が使用されるとき、音声及びビデオビットストリーム上にインポーズされた相対的な遅延がゼロとなるように、そして、音声及びビデオビットストリームがそれによって同期化されるように、音声エンコーダ206及び/又はビデオエンコーダ218が調整される。この場合には、ディレイ210は必要ではない。これに代えて、音声及びビデオビットストリーム上にインポーズされた相対的な遅延がゼロになるように、そして、音声及びビデオビットストリームがそれによって同期化されるように、ディレイ210は適当な遅延を提供するのに使用され得、ビデオ又は音声処理の何れかに挿入され得る。
【0108】
エンコーディング配置200の更なる他の実施形態では、音声エンコーダ206ではなくビデオエンコーダ218が使用され得る。この場合には、音声及びビデオビットストリームの間の遅延がゼロになるように、そして、音声及びビデオビットストリームがそれによって同期化されるように、ディレイ210は、音声ビットストリーム上に遅延をインポーズするために必要とされる。
【0109】
従って、本発明の記述は例示としてのみ構成され、当業者に本発明を実行するための最良のモードを教示するためである。詳細は本発明の精神から逸脱することなく実質的に改変され得、添付の特許請求の範囲の範囲内の全ての改変の排他的使用が担保される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の信号コーディング及びデコーディング装置を採用した視聴者計測システムの概略ブロックダイヤグラムである。
【図2】 図2は、図1に示したシステムのエンコーダによって実行されるステップを表すフローチャートである。
【図3】 図3は、音声ブロックのスペクトルのプロットであり、該プロットの細線はオリジナルの音声信号であり、プロットの太線は本発明に従って変調された信号のスペクトルである。
【図4】 図4は、隣接するエンコードされたブロック間の境界で発生する過渡的な影響を抑制するために使用されるウインドウ関数を表している。
【図5】 図5は、7ビット疑似ノイズ同期シーケンスを生成するための装置の概略ブロックダイヤグラムである。
【図6】 図6は、好ましい同期シーケンスの第1のブロックを形成する「3重音」音声ブロックのスペクトルのプロットであり、プロットの細線はオリジナルの音声信号のスペクトルであり、プロットの太線は変調された信号のスペクトルである。
【図7a】 図7aは、完全なコードメッセージを形成するのに使用し得る同期及び情報ブロックの配置を図式的に表している。
【図7b】 図7bは、図7aに示した同期ブロックを更に詳細に図式的に表したものである。
【図8】 図1に示したシステムのデコーダによって実行されるステップを表すフローチャートである。
【図9】 図9は、音声エンコーディングの遅延がビデオデータストリームに於いて補償されるエンコーディング装置を示している。
Claims (76)
- 予め決められた信号バンド幅内で変化する信号のブロックにバイナリーコードビットを付加するための方法であって、該方法は、以下のステップ、即ち、
a)前記予め決められた信号バンド幅内の参照周波数を選択し、前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数との両方をこれに関連づけるステップと、
b)前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける前記ブロック内の前記信号のスペクトルパワーを計測するステップと、
c)前記第1のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを前記周波数の第1の近傍に於いて最大にするように、前記第1のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを増大させるステップと、
d)前記第2のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを前記周波数の第2の近傍に於いて最小にするように、前記第2のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを減少させるステップと
を包含している方法。 - 請求項1記載の方法であって、前記第1及び第2のコード周波数は、前記参照周波数、ホップシーケンス数、及び予め決められたシフトインデックスに従って選択される方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記参照周波数は、以下のステップに従うステップa)で選択される方法:
a1)前記バンド幅の予め決められた部分内で前記信号が最大スペクトルパワーを有する周波数を見出すステップ、及び
a2)最大スペクトルパワーのその周波数に予め決められた周波数シフトを加えるステップ。 - 請求項4記載の方法であって、前記信号は音声信号であり、前記バンド幅の予め決められた部分は、最低の周波数から2kHzだけ広がったバンド幅のより低い部分を有しており、前記予め決められたシフト周波数は、実質的に5に等しい方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記信号に同期化ブロックが加えられ、前記同期化ブロックは3つの周波数成分で極大または極小となる三重音ブロックである方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記信号は、前記参照信号、前記第1のコード周波数、及び前記第2のコード周波数の近傍に於いて極大であるスペクトル振幅を有している方法。
- 請求項8記載の方法であって、前記信号に同期化ブロックが加えられ、前記同期化ブロックは3つの周波数成分で極大または極小となる三重音ブロックである方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記第1及び第2の予め決められたオフセットが等しい大きさで符号が反対である方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記第1のコード周波数が、前記参照信号より大きく、前記第2のコード周波数が、前記参照信号より小さい方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記第2のコード周波数が、前記参照信号より大きく、前記第1のコード周波数が、前記参照信号より小さい方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記ステップa)−d)を順次繰り返すことにより、前記信号に順次バイナリーコードビットが付加される方法。
- スペクトルの振幅と位相とを有する信号のブロックにバイナリーコードビットを付加するための方法であって、前記スペクトルの振幅と位相との両方が、予め決められた信号バンド幅内で変化し、該方法は、以下のステップ、即ち、
a)前記ブロック内で、(i)前記予め決められたバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するステップと、
b)前記第1のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトル振幅を、前記第2のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトルの振幅と比較するステップと、
c)第1及び第2のコード周波数のうちスペクトル幅の小さい方の信号部分を選択して修正可能な信号成分とし、第1及び第2のコード周波数のうちの他方の信号部分を選択して基準信号成分とするステップと、
d)前記修正可能な信号成分の位相を、それが前記参照信号成分の位相から予め決められた量だけ異なるように、選択的に変更するステップと、を包含している方法。 - 請求項14記載の方法であって、前記第1及び第2の周波数が前記参照周波数、周波数ホップシーケンス、及び予め決められたシフトインデックスに従って選択される方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記参照周波数は、以下のステップに従うステップa)で選択される方法:
a1)バンド幅の予め決められた部分内で前記信号が最大スペクトル振幅を有する周波数を見出すステップ、及び
a2)最大スペクトル振幅のその周波数に予め決められた周波数シフトを加えるステップ。 - 請求項17記載の方法であって、前記信号は音声信号であり、前記バンド幅の予め決められた部分は、最低の周波数から2kHzだけ広がったバンド幅のより低い部分を有しており、前記予め決められたシフト周波数は、実質的に5に等しい方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記信号に同期化ブロックが加えられ、前記同期化ブロックは3つの周波数成分で極大または極小となる三重音ブロックである方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記信号は、前記参照信号、前記第1のコード周波数、及び前記第2のコード周波数の近傍に於いて極大のスペクトル振幅を有している方法。
- 請求項21記載の方法であって、前記信号に同期化ブロックが加えられ、前記同期化ブロックは3つの周波数成分で極大または極小となる三重音ブロックである方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記第1及び第2の予め決められたオフセットが等しい大きさで符号が反対である方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記第1のコード周波数が、前記参照信号より大きく、前記第2のコード周波数が、前記参照信号より小さい方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記第2のコード周波数が、前記参照信号より大きく、前記第1のコード周波数が、前記参照信号より小さい方法。
- 請求項14記載の方法であって、前記ステップa)−d)を順次繰り返すことにより、前記信号に順次バイナリーコードビットが付加される方法。
- 時間変化する強度を有する信号とともに伝送されるデジタル的にエンコードされたメッセージを読み取るための方法であって、前記信号は信号バンド幅によって特徴付けられ、前記メッセージは複数のバイナリービットを有し、前記方法は、以下のステップ、即ち、
a)前記信号バンド幅内で参照周波数を選択するステップと、
b)前記参照周波数からの第1オフセットに於ける第1のコード周波数を選択するとともに、前記参照周波数からの第2オフセットに於ける第2のコード周波数を選択するステップと、
c)前記第1及び第2のコード周波数の何れの一つが、これに関連する、対応する周波数近傍内の最大値であるスペクトル振幅を有しているかを見出すとともに、前記第1及び第2のコード周波数の何れの一つが、これに関連する、対応する周波数近傍内の最小値であるスペクトル振幅を有しているかを見出し、これによって前記バイナリービットの受領した一つの値を決定するステップと
を包含している方法。 - 請求項27記載の方法であって、以下のような3つの周波数成分で極大となる三重音を検出するステップを有している方法:
(i)前記受領した信号が、前記参照周波数で前記参照周波数の周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有し、
(ii)前記受領した信号が、第1のコード周波数で第1のコード周波数に対応する周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有し、
(iii)前記受領した信号が、第2のコード周波数で第2のコード周波数に対応する周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有している。 - 請求項27記載の方法であって、前記第1及び第2の周波数が前記参照周波数、周波数ホップシーケンス、及び予め決められたシフトインデックスに従って選択される方法。
- 請求項27記載の方法であって、前記第1及び第2のコード周波数は、以下のステップに従って選択される方法:
前記バンド幅の予め決められた部分内で前記信号のスペクトル振幅が最大である周波数を見出すステップ、及び
最大スペクトル振幅のその周波数に予め決められた周波数シフトを加えるステップ。 - 請求項30記載の方法であって、前記信号は音声信号であり、前記バンド幅の予め決められた部分は、その最低の周波数からその上に2kHz広がったバンド幅のより低い部分を有しており、前記予め決められたシフト周波数は、実質的に5に等しい方法。
- 請求項27記載の方法であって、前記第1及び第2の予め決められたオフセットが等しい大きさで符号が反対である方法。
- スペクトルの振幅と位相とを有する信号とともに伝送されるデジタル的にエンコードされたメッセージを読み取るための方法であって、前記信号は信号バンド幅によって特徴付けられ、前記メッセージは複数のバイナリービットを有し、前記方法は、以下のステップ、即ち、
a)前記信号バンド幅内で参照周波数を選択するステップと、
b)前記参照周波数からの第1オフセットに於ける第1のコード周波数を選択するとともに、前記参照周波数からの第2オフセットに於ける第2のコード周波数を選択するステップと、
c)前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれの予め決められた周波数近傍内の前記信号の位相を決定するステップと、
d)前記第1のコード周波数が、前記第2のコード周波数での前記位相の予め決められた値の範囲内にあるかどうかを決定し、それによって受け取られた前記バイナリービットの一つの値を決定するステップと、
を包含している方法。 - 請求項33記載の方法であって、3つの周波数成分で極大となる三重音を検出するステップを有し、その受け取られた信号が、前記参照周波数に於いて前記参照周波数の前記予め決められた周波数近傍内で極大であるスペクトル振幅を有し、その受け取られた信号が、前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれに於いて、前記第1及び第2のコード周波数の前記予め決められた周波数近傍内のそれぞれで極大であるスペクトル振幅を有している方法。
- 請求項33記載の方法であって、前記第1及び第2の周波数が、前記参照信号の周波数、周波数ホップシーケンス、及び予め決められたシフトインデックスに従って選択される方法。
- 請求項33記載の方法であって、前記第1及び第2のコード周波数は、以下のステップに従って選択される方法:
前記バンド幅の予め決められた部分内で前記信号のスペクトル振幅が最大である周波数を見出すステップ、及び
前記信号のスペクトル振幅が最大である周波数に、予め決められた周波数シフトを加えるステップ。 - 請求項36記載の方法であって、前記信号は音声信号であり、前記バンド幅の予め決められた部分は、その最低の周波数からその上に2kHz広がったバンド幅のより低い部分を有しており、前記予め決められたシフト周波数は、実質的に5に等しい方法。
- 請求項33記載の方法であって、前記第1及び第2の予め決められたオフセットが等しい大きさで符号が反対である方法。
- 予め決められた信号のバンド幅内で変化する強度を有する信号のブロックにバイナリービットを付加するように構成されたエンコーダであって、
前記ブロック内で、(i)前記予め決められた信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するように構成されたセレクタと、
前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける信号のスペクトル振幅を検出するように構成されたディテクタと、
前記第1のコード周波数での前記スペクトルの振幅を前記周波数の第1の近傍に於いて最大とするために前記第1のコード周波数での前記スペクトルの振幅を増大させることにより、そして、前記第2のコード周波数での前記スペクトルの振幅を前記周波数の第2の近傍に於いて最小とするために前記第2のコード周波数での前記スペクトルの振幅を減少させることにより、前記バイナリービットを挿入するように構成されたビットインサータと
を備えたエンコーダ。 - 請求項39記載のエンコーダであって、前記バイナリービットが「1」であるエンコーダ。
- 請求項39記載のエンコーダであって、前記バイナリービットが「0」であるエンコーダ。
- 請求項39記載のエンコーダであって、前記第1及び第2の周波数が、前記参照周波数、周波数ホップシーケンス数、並びに第1及び第2の予め決められたオフセットに従って選択されるエンコーダ。
- 請求項39記載のエンコーダであって、前記信号に同期化ブロックが加えられ、前記同期化ブロックは3つの周波数成分で極大または極小となる三重音ブロックであるエンコーダ。
- 請求項39記載のエンコーダであって、前記第1及び第2の予め決められたオフセットが等しい大きさで符号が反対であるエンコーダ。
- 請求項39記載のエンコーダであって、以下のステップを何度も繰り返すことにより、前記信号に複数のバイナリーコードビットが付加されるエンコーダ:
a)前記予め決められた信号バンド幅内の参照周波数を選択し、前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数との両方をこれに関連づけるセレクタを使用するステップと、
b)前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける信号のスペクトル振幅を検出するディテクタを使用するステップと、
c)前記第1のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを前記周波数の第1の近傍に於いて最大にするように、前記第1のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを増大させるビットインサータを使用するステップと、
d)前記第2のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを前記周波数の第2の近傍に於いて最小にするように、前記第2のコード周波数に於ける前記スペクトルパワーを減少させるビットインサータを使用するステップ。 - スペクトル振幅と位相とを有する信号のブロックにコードのバイナリービットを付加するように構成されたエンコーダであって、前記スペクトル振幅と位相との両方が予め決められた信号バンド幅内で変化し、前記エンコーダは、前記ブロック内で、(i)前記予め決められた信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するように構成されたセレクタと、
前記第1のコード周波数の近傍と前記第2のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトルの振幅を検出するように構成されたディテクタと、
前記修正可能な信号成分の位相を、それが前記参照信号成分の位相から予め決められた量だけ異なるように、選択的に変更するように構成されたビットインサータと、
を備え、
前記セレクタは、第1及び第2のコード周波数のうちスペクトル幅の小さい方の信号部分を選択して修正可能な信号成分とし、第1及び第2のコード周波数のうちの他方の信号部分を選択して基準信号成分とするように更に構成された、エンコーダ。 - 請求項46記載のエンコーダであって、前記バイナリービットが「1」であるエンコーダ。
- 請求項46記載のエンコーダであって、前記バイナリービットが「0」であるエンコーダ。
- 請求項46記載のエンコーダであって、前記第1及び第2のコード周波数が、前記参照周波数、周波数ホップシーケンス数、並びに第1及び第2の予め決められたオフセットに従って選択されるエンコーダ。
- 請求項46記載のエンコーダであって、前記信号に同期化ブロックが加えられ、前記同期化ブロックは3つの周波数成分で極大または極小となる三重音ブロックであるエンコーダ。
- 請求項46記載のエンコーダであって、前記第1及び第2の予め決められたオフセットが等しい大きさで符号が反対であるエンコーダ。
- 請求項46記載のエンコーダであって、以下のステップを何度も繰り返すことにより、前記信号に複数のバイナリーコードビットが付加されるエンコーダ:
a)前記ブロック内で、(i)前記予め決められた信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数とを選択するセレクタを使用するステップと、
b)前記第1のコード周波数の近傍と前記第2のコード周波数の近傍の前記信号のスペクトルの振幅を検出するディテクタを使用するステップと、
c)第1及び第2のコード周波数のうちスペクトル幅の小さい方の信号部分を選択して修正可能な信号成分とし、第1及び第2のコード周波数のうちの他方の信号部分を選択して基準信号成分とするステップと、
d)前記修正可能な信号成分の位相を、それが前記参照信号成分の位相から予め決められた量だけ異なるように、選択的に変更するビットインサータを使用するステップ。 - 時間変化する強度を伴って伝送される信号のブロックからコードのバイナリービットをデコードするように構成されたデコーダであって、前記ブロック内で、(i)前記信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められた周波数オフセットに於ける第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められた周波数オフセットに於ける第2のコード周波数とを選択するように構成されたセレクタと、
前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれの予め決められた周波数近傍内のスペクトルの振幅を検出するように構成されたディテクタと、
前記第1及び第2のコード周波数の一方がそのそれぞれの近傍内で最大値であるこれに関連するスペクトル振幅を有し、及び前記第1及び第2のコード周波数の他方がそのそれぞれの近傍内で最小値であるこれに関連するスペクトル振幅を有しているときに、前記バイナリービットを見出すように構成されたビットファインダと
を備えているデコーダ。 - 請求項53記載のデコーダであって、前記信号は、以下のような3つの周波数成分で極大となる三重音を含んでいるデコーダ:
(i)受領した信号が、参照周波数で前記参照周波数の予め決められた周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有し、
(ii)前記受領した信号が、第1のコード周波数で第1のコード周波数に対応する予め決められた周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有し、
(iii)前記受領した信号が、第2のコード周波数で第2のコード周波数に対応する予め決められた周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有している。 - 請求項53記載のデコーダであって、前記セレクタが、前記第1及び第2のコード周波数を、前記参照周波数、周波数ホップシーケンス、並びに第1及び第2の予め決められたオフセットに従って選択するデコーダ。
- 請求項53記載のデコーダであって、前記第1及び第2の予め決められた周波数オフセットが等しい大きさで符号が反対であるデコーダ。
- 請求項53記載のデコーダであって、前記デコードされたバイナリービットが「1」ビットであるデコーダ。
- 請求項53記載のデコーダであって、前記デコードされたバイナリービットが「0」ビットであるデコーダ。
- 時間変化する強度を伴って伝送される信号のブロックからコードのバイナリービットをデコードするように構成されたデコーダであって、前記ブロック内で、(i)前記信号のバンド幅内に於ける参照周波数と、(ii)前記参照周波数からの第1の予め決められた周波数オフセットに於ける第1のコード周波数と、(iii)前記参照周波数からの第2の予め決められた周波数オフセットに於ける第2のコード周波数とを選択するように構成されたセレクタと、
前記第1及び第2のコード周波数のそれぞれの予め決められた周波数近傍内の前記信号の位相を検出するように構成されたディテクタと、
前記第1のコード周波数に於ける位相が前記第2のコード周波数に於ける位相の予め決められた値の範囲内にあるときに、前記バイナリービットを見出すように構成されたビットファインダと
を備えているデコーダ。 - 請求項59記載のデコーダであって、前記信号は、以下のような3つの周波数成分で極大となる三重音を含んでいるデコーダ:
(i)受領した信号が、参照周波数で前記参照周波数の予め決められた周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有し、
(ii)前記受領した信号が、第1のコード周波数で第1のコード周波数に対応する予め決められた周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有し、
(iii)前記受領した信号が、第2のコード周波数で第2のコード周波数に対応する予め決められた周波数近傍内の極大値であるスペクトル振幅を有している。 - 請求項59記載のデコーダであって、前記セレクタが、前記第1及び第2のコード周波数を、前記参照周波数、周波数ホップシーケンス、並びに第1及び第2の予め決められたオフセットに従って選択するデコーダ。
- 請求項59記載のデコーダであって、前記第1及び第2の周波数オフセットが等しい大きさで符号が反対であるデコーダ。
- 請求項59記載のデコーダであって、前記デコードされたバイナリービットが「1」ビットであるデコーダ。
- 請求項59記載のデコーダであって、前記デコードされたバイナリービットが「0」ビットであるデコーダ。
- 信号をコードを用いてエンコードするためのエンコーディング装置であって、前記信号はビデオ部分と音声部分とを有し、前記エンコーディング装置は、前記信号の部分の一つをエンコードするように構成されたエンコーダと、前記エンコーダによって引き起こされる前記ビデオ部分と前記音声部分との間のどのような相対的な遅延も補償するように構成された補償器とを備えているエンコーディング装置。
- 請求項65記載のエンコーディング装置であって、前記エンコーダは、前記信号の音声部分をエンコードするように構成された音声エンコーダであり、前記補償器は、前記音声エンコーダによって引き起こされる前記ビデオ部分と前記音声部分との間のどのような相対的な遅延も補償するように構成されているエンコーディング装置。
- 請求項66記載のエンコーディング装置であって、ビデコードを用いて前記信号のビデオ部分をエンコードするように構成されたビデオエンコーダを更に有しているエンコーディング装置。
- 請求項65記載のエンコーディング装置であって、前記補償器は、前記エンコーディング装置によって引き起こされる前記ビデオ部分と前記音声部分との間のどのような相対的な遅延も補償するために、前記音声部分に対して前記ビデオ部分を遅延させるデレイを有しているエンコーディング装置。
- 請求項65記載のエンコーディング装置であって、前記補償器は、前記エンコーダによって引き起こされる前記ビデオ部分と前記音声部分との間のどのような相対的な遅延も補償するために、他の部分に対して前記信号の部分の一つを遅延させるデレイを有しているエンコーディング装置。
- 受け取った信号からデータ要素を読み取る方法であって、a)前記受け取った信号のn個のサンプルの第1のブロックのフーリエ変換を計算するステップと、b)前記データ要素に対する第1のブロックをテストするステップと、c)もし、前記データ要素が前記第1のブロック内に見つかれば、SIS配列の配列要素SIS[a]を予め決められた値に設定するステップと、d)前記受け取った信号のn個のサンプルの第2のブロックに対するn個のサンプルの前記第1のブロックのフーリエ変換をアップデートするステップであって、前記第2のブロックは前記第1のブロックとk個のサンプルだけ異なり、そしてk<nである、ステップと、e)前記データ要素に対する第2のブロックをテストするステップと、f)もし、前記データ要素が前記第1のブロック内に見つかれば、SIS配列の配列要素SIS[a+1]を予め決められた値に設定するステップとを備えている方法。
- 請求項70記載の方法であって、ステップd)が、整数の周波数インデックスの範囲に限定される方法。
- 請求項70記載の方法であって、ステップd)−f)が、データ要素の予め決められた数mだけ繰り返される方法。
- 請求項73記載の方法であって、
g)前記データ要素の予め決められた数mが基準と比較されるステップと、
h)生データ配列DAの整数をステップg)に依存する値に設定するステップと、
を更に備えている方法。 - 請求項74記載の方法であって、予め決められたデータ要素が見つかるまで、ステップd)−h)を繰り返す方法。
- 予め決められた信号バンド幅内で変化する信号のブロックにバイナリーコードビットを付加するための方法であって、該方法は、以下のステップ、即ち、
a)予め決められた信号バンド幅内の参照信号を選択し、前記参照周波数からの第1の予め決められたオフセットを有する第1のコード周波数と前記参照周波数からの第2の予め決められたオフセットを有する第2のコード周波数との両方をこれと関連づけるステップと、
b)前記第1のコード周波数の周囲に広がる周波数の第1の近傍と、前記第2のコード周波数の周囲に広がる周波数の第2の近傍とに於ける前記ブロック内の信号のスペクトルパワーを測定するステップであって、前記第1の周波数はスペクトルの振幅を有し、前記第2の周波数はスペクトルの振幅を有している、ステップと、
c)前記第1のコード周波数のスペクトル振幅を、周波数の前記第1の近傍に於ける最大の振幅を有する周波数のスペクトル振幅と交換し、一方、前記第1の周波数と周波数の前記第1の近傍に於ける最大の振幅を有する周波数との両方に於ける位相角を保持するステップと、
d)前記第2のコード周波数のスペクトル振幅を、周波数の前記第2の近傍に於ける最小の振幅を有する周波数のスペクトル振幅と交換し、一方、前記第2の周波数と周波数の前記第2の近傍に於ける最大の振幅を有する周波数との両方に於ける位相角を保持するステップと
を包含している方法。
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