JPH07505984A - 埋込み信号システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 埋込み信号システム 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 、同時に符合信号か容易に除去されたり不明瞭にされたりしないように、符合信 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ては、以下に示す目的で かかるシステムがめられている。即ち、・市場計画を支援するために行う放送目 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の供給源を確認するために行う当該トラックからリ リースされた製品の監査 ・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・音か似ているというクレームかある場合、新規 録音から抽出したサンプルに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識別情報は、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か強く望ま れる。たとえばコンパクト・ディス入ディジタル・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、原ディジタル録音か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、この情報を表す符合信号があることが、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。

本発明のいくつかの目的のうち、注目すべきことは以下に示す方法、即ち、オー ディオ信号に符合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 ずに符合信号か不明瞭になるか消去す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合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、ディジタル情報か符合化されて符合シンボル列が生し る。この符合シンボル列は、当該符合シンボル列と、予め選択されオーディオ信 号の帯域部の中にある信号帯域に必ず限定されている符合信号の周波数成分と、 当該符合シンボル列内の連続する符合シンボルに対応する符合信号の連続セグメ ントとを表す対応符合信号を発生させることによりオーディオ信号に埋込まれる 。

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、前記符合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合信号（以下「修正符合信号」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必ずなっ ている。この修正符合信号とオーディオ信号か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か埋込まれる。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する。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必ず一様であり、かつ信号帯域の外側の周波数では必 ずゼロであることか望ましい。本発明の他の側面によれば、同期手続きは前記等 化信号の中に符合信号があることを検出し、後続符合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合信号セグメントを識別すること により、それぞれの符合シンボル列を抽出する。次にこの符合シンボル列からデ ィジタル情報か回復する。

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 る装置の最上位ブロック図である。

第３図は、第」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図に示す符合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。

第９図は、信号成形に使用される１群の帯域通過フィルタの周波数レスポンスを 示す図。

第１Ｏ図は、原オーディオ信号かトーンである場合に５１算されるマスキング・ エネルギの分布と修正符合信号のエネルギの分布を示す図。

第１＋図は、原オーディオ信号の周波数分布と修正符合信号の周波数分布との間 の関係を示す図。

対応する参照文字は本図面のいくつかの図を通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合信号に変換される。その変換方法は 次のとおりである。即ち、修正符合信号は原オーディオ信号と結合され、聴くだ けて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合シンボル列によって表され、次に各符合シ 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て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 ことかできる。この歪及び／或いは修正か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。したかって、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か、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合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 器はに個の情報シンボルか入力される各ブロックに対してｎ個の符合シンボルか 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かできる。これらの情報シンボルと符合シンボ 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ｆＩＮ検索の信頼性を改善する周知の手段である。

とくに、ｎ個の符合ノンポルのいくつかか誤りてあったり、あるいは消失した場 合、リード・ソロモン復号器によりｎ個の符合シンボルからに個の情報シンボル を検索することがてきるのである。ここに説明する誤り制御符号器１００の特定 実施例は、リ−１・・ソロモン符号器から出力されたｎ個の符合シンボルの各ブ 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 合シンボルの列をつくり出す。これらの特別な符合シンボルは２個のシンボルの 特殊アルファベラ１〜から引き出されるので、全ての符合シンボルは２５６＋２ ＝２５８ソンホルか組合わされたアルファヘ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。この特殊符合シンボルを導入すること は、第２図のブロック７００として示す符合シンボル検出器・同期器の機能の複 雑性を低減する簡単な手段である。リ−１・・ソロモン符号器から出力されたｎ 個の符合シンボルか続くｍ個の特殊符合シンボルにより、都合良く１つのメツセ ージブロックか指定される。

結果として得られる符合シンボル列はさらにスペクＩ・ラム拡散変調器（ｓｐｒ ｅａｄｓｐｅｃｊｒｕｍ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）　２００によって符号化され、 符合シンボル列を表す符合信号をつくり出す。どくに各符合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、連続する符合信号セグメントは、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合シンボルに対応する。

符合信号は次に符合信号整形器３００により修正され、周波数成分の各レベルを 持った修正符合信号をつくり出す。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合信号は次に信号結合器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１云送チヤネルに送られる。前に示したとおり、前記 歪及び／或いは修正か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５００は符合信号整形器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。等比信号の中に符合信号があることは符合信号検出器・ 同調器７００によって検出されるが、この符合信号検出器・同調器７００も後続 符合シンボルに対応して後続符合信号セグメントの位置を決める。

符合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。同調器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ノタル情報は誤り制御復号器８００によって符合シンボル 列から回復するか、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 ート・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合シンホル誤りのみならず符合シンボルの消失も 訂正することかできる。

次に第３図を参照すると、入力できる各符合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合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３１シて、連続して入力される符合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Ｊと呼称 され、疑似乱数列自体も慣習的に［チップ列Ｊ　（ｃｈｉｐ　５ｅｑｕｅｎｃｅ ｓ　）と呼称される。符合シンボルは、１秒あたり８８２０＋２０４０符合シン ボルの速さで符号化され、各符合は２０４０チツプの列によって表されるので、 チップは１秒あたり８８２０チツプの速さてつくり出される。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＝４４１ ０ヘルツまでの周波数成分を表すディジタル信号か発生する。

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の列 を挿入することによりブロック２２０てより高いクロック周波数に上方標本化（ ｕｐｓａｍｐｌｅｄ　）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ト信号か発生する。開示中 の例においては、４個のディジタル・セロか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８８２０Ｘ５＝４４１００ヘルツのクロック周波数に 基づくディジタル信号てあり、４４１Ｏヘルツまでの周波数成分を表している。

次にベースバント信号はブロック２４０て、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。この処理により符合信号か発生する 。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１０７ １０ヘルツまでのＷ！、囲を含んでいる。

次に第４図を参照すると、符合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て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 結果か使用される。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、＋ｉ１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 レスポンス特性を示す。当業者ならは理解できるように、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てなく周波数相互の近接関係に も依存する。とくに成る１・−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か、トーンより下の周波数より多く広がる ことか知られている。この非対称の周波数依存性か第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かっている。

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 ディオ信号のあることによってマスクされる符合信号エネルギの対応する周波数 分布を決定する。この符合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。

次に符合信号はブロック３４０て選択的にフィルタを通り、符合信号はこれらの 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て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 正符合信号を発生する。各利得値は、調整された信号エネルギの対応する周波数 分布かマスキング・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 ーラツ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、修正符合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、かつ修正符合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合 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、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 必ずなっている。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 合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（符合対音楽比（ ＣＭＲ：　ｃｏｄｅ　ｔｏ　ｍｕｓｉｃ　ｒａｔｉｏ　）と呼ばれてし＼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複合符合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つの信号か相加されるか結合されて複合オー ディオ信号か形成されるとき、音響心理的効果か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／或いは修正か複合オーディ第４ｇ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６図を参照すると、多くの点て信号等化器５００は第４図に示す符合信号 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か同一タイミングになるようにするため、ブロック ４１０て示したとおり補償用の遅れか導入される。

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／或いは全ての修正か行われた後 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／或いは修正か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か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の機能を符合信号整形器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 出力かそれぞれブロック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３４ ０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て使用さ 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、多くの点て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て、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て第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ト信号をつくり出す。開示中の例において は、この受信ヘースバンド信号は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ト信号はブロック６２０て「チ・ノブ速度」に下方標本 化されるか、開示中の特定例においてはこのチップ速度は４４１０Ｘ２＝８８２ ０ヘルツのクロック周波数に基ついている。この下方標本化により、次にプロ・ ツク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か発生する。

開示中の例においては、整合フィルタの出力値は２０４０チ・ツブ毎にその後で 生起する各シンボル時間の後にブロック６４０て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図のプロ・ツク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つはアルファべ・ソトの符 合ノンポルの１つに対応する。したかつて、所与の伝送済み符合シンボルに対応 する整合フィルタは実質的に池の整合フィルタより大きい出力値をつくり出すこ とか期待されるので、この伝送済み符合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て識別されうる。

符合シンボルか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＋ＰＣ−ＤＬ ここに信号超過（Ｓ　Ｅ）か良度指数であり、これは符合対音楽比（ＣＭＲ）プ ラス処理別１１（ＰＧ）マイナス復号損失（Ｄ　Ｌ）に等しく、各員はデシベル （ｄＢ）の単位で表される。信号超過か大きければ、伝送された符合シンボルに 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。したかつて、信号超過か大きければ、符合シン 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に対する保守的て控えめな設計値は一１９ｄＢであり、この値ならは聴く 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かでき 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２ ０４０チツプの長さを有し、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１ｍ　（ｍｅけｉｃ）てあり、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ＯｄＢの値にしたいが、開示中 の特定例においてはＯｄＢ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（ＰＣ）と復号損失（ＤＬ）は必ず一定であり、 また符合対音楽比（ＣＭＲ）も、修正符合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 合信号を成形することにより必ず一定である。したがって、信号超過（Ｓ　Ｅ） 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て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、最大の出力値か生じる整合フィルタは多分伝 送された符合シンボルに対応し、この最大出力値は、回復された符合シンボルと してこの符合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。したか 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Ｊと決定する。このようにブロック ６４０から出力される符合シンボル列には符合シンボルだけでなく　「消失した 」シンボルも含めることかできる。

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し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かできる。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Ｊとして知られている装置と原理に おいて本質的に同しである。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 て人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。

符合信号検出器・同調器７００はスペクトラム拡散復調器６００と本質的に同し 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］へのトラックを維持することだけか必要であったのに対して、符合信号検 出器・同調器はメツ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、使用できる符合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によって符合シンボルの列に周期的に挿入される 特殊な符合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合シンボルかある場合に限り受け入れしきい 値を超えることか期待される。したかって、かかる整合フィルタの出力値は埋込 み符合信号のあることを示しかつメツセージブロック境界の位置を決める。こお ように埋込み符合信号のあることか検出されると、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か使用されスペクトラム拡散 復調器の機能を初期化する。

これまて述へたことを考虜するとき、本発明のいくつかの目的が達成され、その 池の宥和な結果も得られたことかわかる。

本発明の範囲から逸脱することなく、上に述へた構造に各種の変更を加えること かできるので、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へきてなく、容易に理解できる実例として解釈され るへきである。

ＦＩＧ、１ 符号 シンホ゛ル　ＦＩＧ、３ 符号信号 ＦＩＧ、　５ ○ （日ｐ）とく、ヰＧづつ （艶）ｒ＜：４！とり （９１））４／ン（ （乙、／Ｉ（゛ν／日ｐ）製品主１ｒす工フロントページの続き （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（７２）発明者　ギシュ、バーバート 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（７２）発明者　バーガモ、マルコス　アントニオアメリカ合衆国　０ ２１８１　マサチューセッツ州ウェルズリ−、ライス　ストリート（７２）発明 者　ビーダーリン、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（７２）発明者　ダール、ア ラン　グレゴリ−アメリカ合衆国　０１８８６　マサチューセッツ州ウェストフ ォード、ウィルソン　ファーム　ロード　１６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．オーディオ信号に符合シンボル列を埋込む方法であって、符合シンボル列を 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必ず 限定された周波数成分を有する符合信号を発生させ、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合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必ずなっている周波数成分の各レベルを 持つ修正符合信号を与え、 前記修正符合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１記載の方法であって、前記符合信号は、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．複合オーディオ信号に埋込まれた符合信号により表される所定の符合シンボ 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必ず均一なエネルギ分布を与え 、 各フィルタが前記符合シンボルの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。 ４．オーディオ信号を運ぶチャネルに符合シンボル列を伝送する方法であって、 前記符合シンボル列を表し、かつ前記オーディオ信号の帯域内にある予め選択し た信号帯域に限定された周波数成分を有する符合信号を発生させ、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抗し、 前記分析の機能として前記符合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必ずなっている周波数成分の各レベルを 持つ修正符合信号を与え、 前記修正符合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った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合シンボルの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。 ５．請求項４記載の方法であって、前記符合信号は、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合信号に符合化されることを特徴とする方法。 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低い修正符合信号レベルを表すことを特徴とする方法。 １０．オーディオ信号に符合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、 前記符合列を上方標本化し、かつフィルタを通し、そして転置することにより、 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 数成分を有する符合信号を発生させ、 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合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必ずなっている周波数成分の各レベルを持つ修正符合信号を 与え、 前記修正符合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。 ｌ１．２０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 さで生起する符合シンボル列を伝送する方法であって、前記符合シンボル列を表 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必ず限定された周波数成分を有する符合信号を発生 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合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必ずなっている周波数成分の各レベルを 持つ修正符合信号を与え、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低い修正符合信号レベルを表しており、前記修正符合信号を前記オー 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合シンボルの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１１記載の方法てあって、前記符合信号は、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．オーディオ信号を運ぶチャネルを介して符合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合信号を発生させ、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合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必ずなっている周 波数成分の各レベルを持つ修正符合信号を与え、前記修正符合信号を前記オーデ 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ったて受 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、 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．符合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、前記符合シ ンボル列を表す対応する符合信号であって、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合信号を発生させる 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合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必ずなっている、周波数成分の各レベ ルを持つ修正符合信号を与える動的フィルタ手段と、前記修正符合信号を前記オ 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合信号に符合化されることを特徴とする装置。 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低い修正符合信号レベルを表すことを特徴とする装置。 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 合シンボル列を抽出する装置であって、前記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 わたって必ず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１組の整合フィルタと、を含む装 置。 ２０．１秒に約４．３シンボルの速さで生起する符合シンボル列を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 符合シンボル列を表す対応する符合信号であって、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必ず限定 された周波数成分を有する符合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合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必ずなっている周波数成分の各レベル を持つ修正符合信号を与え、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低い修正符合信号レベルを表す動的フィルタ手段と、前記修正符合 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．符合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進数符合信号列を発生させる手段と、前記符合列の周 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必ず限定された周波数成分を有 する符合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帯する手段と、 前記分析の機能として前記符合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必ずなっている周波数成分の各レベルを持つ修正符合信号 を与える動的フィルタ手段と、 前記修正符合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２１記載の装置であって、前記符合信号は、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．オーディオ信号と符合シンボル列を表す動的に修正された符合信号（以下 動的修正符合信号と呼ぶ）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、前記動的修正符合信号は、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必ず限定された周波数成分を有する前記シ ンボル列を表す符合信号を発生させ、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合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必ず無視し得るほど小さく、かつ前記信号帯 城内の端周波数において、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必ずなっている周波数成分の各レベルを持つ 修正符合信号を与え、 前記修正符合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 。 ２４．２０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合シンボ ル列を表す動的修正符合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、前記動的修正符合信号は、前記符合シンボル列を表 し、かつ予め選択した信号帯域に必ず限定された周波数成分を有する符合信号を 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合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必ずなっている周波数成分の各レベルを 持つ修正符合信号を与え、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低い修正符合信号レベルを表し、前記修正符合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２４記載の録音システムであって、前記符合信号は、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。