EP0875107B1 - Coding process for inserting an inaudible data signal into an audio signal, decoding process, coder and decoder - Google Patents
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- EP0875107B1 EP0875107B1 EP97902223A EP97902223A EP0875107B1 EP 0875107 B1 EP0875107 B1 EP 0875107B1 EP 97902223 A EP97902223 A EP 97902223A EP 97902223 A EP97902223 A EP 97902223A EP 0875107 B1 EP0875107 B1 EP 0875107B1
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Definitions
- the present invention relates to an encoding method for introducing an inaudible data signal into an audio signal, on a method for decoding a inaudible data signal contained in an audio signal, to an encoder and a decoder.
- the transmission of inaudible data signals in one Audio signal is used, for example, in range research for broadcasting.
- the range research serves the distribution of listeners of individual radio stations to reliably determine.
- the prior art is different Processes known to individual audience distribution Identify radio stations.
- a first method works in such a way that by means of a microphone, that is carried by a handset, the ambient noise recorded and using a reference receiver compared. The reception frequency can then be obtained from the comparison of the radio receiver.
- the ambient noise in compressed form with the information of the exact time be recorded in a memory and then on a control center can be transferred.
- There the data from powerful computers compared with sample programs, which during a predetermined period of time, for example one day. In this way, the heard station can be determined.
- the system described first is not applicable to one Multi-band reception, multi-standard reception or multi-media reception, since it's only on the transmission of frequency modulated signals is limited.
- An additional local radiation other media via free FM channels is due to the diversity of the program sources can only be carried out in individual cases.
- the reception strength is the same required as the receiver of the listener has. At a good reception system or e.g. this condition is in the car not realizable.
- Another disadvantage is in the response time to tune the reference receiver and the correlation, as this increases with the range of programs and is in the range of minutes. The electricity consumption such a process is due to the components used, the receiver, the signal processing, etc., considerably.
- the receiver cannot be designed to be as economical as desired be because of the power consumption of the reference receiver immediately determines the large signal strength is.
- Another disadvantage is that the comparison principle only the frequency of the received Signal can be determined, but the frequency assignment depends on the current location. So it is necessary to provide information regarding the location of the Available to the listener, for example via the current station tables.
- the second method described above has the disadvantage a considerable memory requirement, since a Recording over 24 hours a net amount of data of approx. 150 MB results. Even with good compression e.g. the factor 10 is about 15 MB of data per day. Consequently the memories to be used are large and therefore expensive and also have a high power consumption.
- the investigation of the reference programs difficult because they are decentralized nationwide. Again there is another problem in the issue of data protection, since the audio information collected directly from the environment of the test person and transported to a central evaluation.
- US-A-5,450,490 describes an apparatus and method for including codes in audio signals and for Decode them. This system uses different ones Symbols encoded using crossed frequency lines become. To ensure that the transmitted data signals are inaudible at all times, is regarding of the individual frequencies that make up the broadcast Assemble symbols, a masking assessment carried out. The disadvantage of this method is in that the generation of signals to be transmitted is very is complex.
- US-A-5,473,631 relates to a communication system simultaneously data and audio signals over a conventional one Send audio communication channel, being psychoacoustic Coding techniques (perceptual coding) used become.
- a first network is used, which one Audio channel monitors to discover ways to do that Insert data signal in the audio signal such that the inserted signals are masked by the audio signal.
- a control is provided by means of which a data signal is provided, which is then in RAM memories is filed.
- the data signal is either by a Encoded spread spectrum encoder. That in the RAM memory stored data signal is input into a modulo2 encoder, in it with a synchronous pseudo-noise code is mixed by a PN code generator.
- the resulting Signal is input to a head signal generator, and the signal output from this generator is sent to an adjustable Attenuator applied.
- the output of the adjustable Attenuator is connected to a summer which serves the audio signal and the data signal summarize, then the audio and data signal at the output to spend.
- the network is used for opportunities to capture a data signal in such a way in the audio signal insert so that the data signals from a human Listeners are not noticed.
- the present Invention the object of a method for coding a data signal not audibly contained in an audio signal to ensure that the Data signal to be transmitted not perceived by the human ear becomes insensitive to interference and forms a good channel utilization, the data signal can be decoded safely and easily.
- the present Another object of the invention is an encoder for inserting and removing one inaudible in one To create audio signal contained data signal at which it is ensured that the data signal to be transmitted from human ear is not perceived, against interference is insensitive and good channel utilization forms, the data signal being decoded safely and easily can be.
- An advantage of the methods according to the invention is that that information is introduced into an audio signal, without being perceived by the human ear, but can be safely decoded by a detector.
- Another Advantage of the present invention is that the Spread spectrum modulation is used where the information or the data signal in the entire transmission band spreads, increasing susceptibility to interference and reduces the multipath becomes. At the same time, there is good channel utilization.
- the inaudibility thereby achieved that the audio signal, which for example is a music signal to which the data signal or the information should be added to a psychoacoustic calculation is subjected.
- This becomes the masking threshold determined and the spread spectrum signal with this weighted. This ensures that at no time more energy is used for data transmission than is permitted psychoacoustically.
- a non-recursive can be used to decode the encoded data signal Filters (matched filters) can be used.
- This Filters can be used for correlation and reconstruction so that decoding is particularly easy, what with regard to a later hardware implementation is advantageous.
- the decoder can, for example, in the Form of a wrist watch can be easily provided by test subjects can be worn.
- An advantage of the encoder according to the invention is that that information is introduced into an audio signal, without being perceived by the human ear, but can be safely decoded by a detector.
- Another Advantage of the present invention is that the Spread spectrum modulation is used where the information or the data signal in the entire transmission band spreads, increasing susceptibility to interference and reduces the multipath becomes. At the same time, there is good channel utilization.
- the inaudibility thereby achieved that the audio signal, which for example is a music signal to which the data signal or the information should be added to a psychoacoustic calculation is subjected.
- This becomes the masking threshold determined and the spread spectrum signal with this weighted. This ensures that at no time more energy is used for data transmission than is permitted psychoacoustically.
- the decoder can use a non-recursive filter (matched filter) use.
- This filter can be used for correlation and Reconstruction can be used so that the decoding designed especially simple, with a view to a later one Hardware implementation is advantageous.
- the decoder can be provided, for example, in the form of a wristwatch that can be easily carried by test persons.
- FIG. 1 An exemplary embodiment is described below with reference to FIG. 1 of an encoder described in more detail. It should be noted that the circuit shown in Fig. 1 is only a represents preferred embodiment, and the present Invention is not limited to this.
- BPSK baseband modulator 108, the BPSK modulator 110 and the device for weighting two signals 112 each formed by a multiplier.
- the transformation block 100 is with an input ON Circuit connected.
- the output of the transformation block 100 is connected to psychoacoustic block 102.
- the entrance the circuit is also connected to an input of the superposition device 116 connected.
- the output of the pseudo-noise signal generator 106 is with connected to an input of the BPSK baseband modulator 108 and the output of the data signal generator 104 with the input of the source coding block 105, whose output again with the other input of the BPSK baseband modulator 108 is connected.
- the output of the BPSK baseband modulator 108 is with an input of the BPSK modulator 110 connected, the other input of which is connected to a signal generator (not shown) is connected, which is a cosine Applies signal to the other input of the BPSK modulator 110.
- the output of the BPSK modulator 110 is with the further Transformation block 118 connected, the output of which the weighting device 112 is connected.
- the output of the psychoacoustic block 102 is also included of the weighting device 112.
- the exit of the Weighting device 112 has an input of the reverse transformation block 114 connected.
- the output of the reverse transformation block 114 is with another entrance Superposition device 116 connected, the output the superposition device 116 with an output AUS der Circuit is connected.
- PCM Pulsed Code Modulation
- FFT fast Fourier transformation
- N (..) of the music signal n (k) with 512 frequency lines before that as an input signal for psychoacoustics 102 is used.
- the spectrum of the music signal becomes simultaneous applied to the superposition device 116, such as this is illustrated by arrow 120.
- the spectrum N ( ⁇ ) is divided into critical bands. These bands have a width of 1/3 bark, which, depending on the sampling frequency (in the present example this is 44.1 kHz or 48 kHz, for example) results in a band number of approximately 60 critical bands.
- the assignment of the frequencies f (Hz) in bands z (bark) is based on the band division that the human ear makes during the hearing process and is listed in a table, for example in the standard ISO / IEC 11172-3.
- the masking threshold W (z) is significant for tonal audio signals to set lower. Therefore, using signal prediction a measure of the tonality for each frequency line certainly.
- the prediction determines from the two past FFTs for each line have a predicted vector by adding the phase and magnitude difference to the vector the last FFT line. Then an error vector by forming the difference between the predicted vector and actually vector obtained from the FFT.
- the masking threshold can be calculated differently.
- the spectral lines obtained from the FFT are summarized in critical bands. These bands have a width of 1/3 bark, which, depending on the sampling frequency (in the present example this is 44.1 kHz or 48 kHz, for example) results in a band number of approximately 60 critical bands.
- the assignment of the frequencies f (Hz) in bands z (bark) is based on the band division that the human ear makes during the hearing process and is listed in a table, for example in the standard ISO / IEC 11172-3.
- W (z) is now converted into W ( ⁇ ), this conversion according to the ISO / IEC 11172-3 standard.
- the history the masking threshold W ( ⁇ ) is thus at the output of the Blocks 102, and indicates up to which energy level energy may be added to the signal at a point ⁇ , so that this change remains inaudible.
- the data signal generator 104 provides the useful data signal x (n), which is generally repeated cyclically in order to enable decoding in a decoder at any time.
- the data signal has a bandwidth of, for example, 50 Hz.
- the data at the output of the DSG 104 are in the form of a binary signal and have a low bit rate 1 / T x in the range from 1-100 bit / s.
- the spectrum of this signal must be very narrow-band in comparison to the spectrum of the signal which is output by the PN signal generator 106 with ⁇ x .
- the useful data signals x (n) exist in the one described in FIG. 1 Embodiment from words with a length of 11 bits. These data words are in a frame built-in, which has a length between 26 and 29 bits.
- Fig. 2 the structure of such a transmission frame is shown in more detail.
- the transmission frame 200 comprises four sections 202, 204, 206, 208.
- the first section is a synchronous word 202, which consists of seven bits (bits 0 to 6) and in which example shown in FIG. 2 by the bit sequence 1111110 is formed.
- the second section 202 is used for error protection and consists of four bits (bits 7 to 10).
- the third Section 206 contains the data word, which is a length of 11 Has bits (bits 11 to 21).
- the fourth section 208 contains a check sum (checksum) consisting of four bits (bits 22 to 25).
- the error protection (section 204 in FIG. 2) is provided by a non-systematic (15,11) hamming code implemented. With this Block code can correct all 1-bit errors. At Multi-bit errors will result in the data word received being incorrect discarded.
- the advantage of this code is that it without great computer effort through simple matrix multiplication is realizable and thus also with regard to the decoding method suitable is.
- the transmission frame 200 is through the source coding block 105 (Fig. 1) constructed.
- Fig. 3 is the source coding block 105 shown in detail.
- the source coding block 105 are from the data signal generator 104 the data signals provided.
- the data are data words with 11 bits Length before, as shown in Fig. 3.
- the transmission framework is now set up in such a way that first the error protection in a first block 304 by the (15, 11) Hamming code is realized.
- the frame now has a length of 15 bits.
- a second block 306 added the check sum to the frame.
- the length is then 19 bits.
- the required one takes place Coding of the transmission frame by an HDLC encoder, which results in a frame length of 19 to 22 bits.
- the Binary signal present at the output of block 308 is now in converted an antipodal signal. This can e.g.
- the pseudo-noise signal generator 106 provides the spread signal g (l) with the bit rate 1 / T g .
- the bandwidth ⁇ g of this signal determines the bandwidth ⁇ s of the spread spectrum signal and, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, lies in the range of 6 kHz.
- the PNSG 106 is constructed as a feedback shift register and supplies a pseudo-random pseudo-noise sequence (PN sequence) of length N. This sequence must be known in the decoder for decoding the signal.
- the ratio T x / T n is called the spreading factor and directly determines the signal-to-noise ratio up to which the method still works reliably.
- the present binary signal g (1) of the PNSG 106 is now in converted an antipodal signal. This can e.g. with the Assignment 0 -> 1 and 1 -> -1 take place. After this formatting the signal is processed and becomes the BPSK baseband modulator fed.
- the BPSK baseband modulator 108 is simple to use when using antipodal signals since a sample-wise multiplication corresponds to the BPSK modulation.
- the resulting signal h (l) g (l) x '(n) has a bandwidth of ⁇ h ⁇ 6 kHz.
- the amplitude values are -1 and 1.
- the signal has the main maximum at 0 Hz, so it is in the baseband.
- the baseband signal h (l) is now fed to the BPSK modulator 110. There, the baseband signal h (l) is modulated onto a cosine carrier cos ( ⁇ T t).
- the frequency of the carrier is half the bandwidth of the spread-band signal in the baseband.
- the first zero of the modulated spectrum thus comes to be at 0 Hz.
- the signal can be transmitted on channels whose transmission function dampens strongly in the range from 0 to 100 Hz, as is to be expected with audio transmissions via loudspeakers and microphone.
- the modulation can be used instead of a carrier cosine also be done by suitable coding.
- the Manchester Code can also be a property that is free of mean values Find use. Because of its freedom from the mean there is therefore no energy of the Spread band signal to lie, which is for portability important is.
- the coding rule for the Manchester code reads 0 -> 10 and 1 -> 01. Double the number of bits so yourself.
- the time signal s (1), which is at the output of the BPSK modulator 110 is now applied by means of a fast Fourier transformation in transformation block 118 into the spectral range transformed so that S ( ⁇ ) is present at the output of block 118.
- the psychoacoustically weighted useful signal added n (k) in the time domain to the music signal.
- the encoder supplies a digital PCM signal n c (k), which can be transmitted on any transmission link as long as it has a bandwidth of at least 6 kHz.
- the output of the Transformation blocks 100 can the output of the Transformation blocks 100 additionally with the overlay device 116 connected.
- the overlay device 116 there is a Superposition of the spectral spread signal and the spectral Audio signal and then the inverse transformation in the time domain.
- the decoder comprises a microphone 400 which, for example music signal emitted by a radio receiver receives.
- the output of the microphone 400 is with the input a low pass 402, the output of which is connected to a Amplifier 404 connected to automatic gain control is.
- the output of amplifier 404 is one Analog / digital converter 406 connected.
- the output of the analog / digital converter 406 is with the receipt of a non-recursive Filters 408 (matched FIR filter) connected whose Output with an input of a bit synchronization control block 410 is connected.
- the output of block 410 is connected to the input of a data decoder 412. At the The output of the data decoder 412 is the decoded data signal in front.
- a decoder is described below with reference to FIG. 4.
- the music signal n c (k) emitted by the radio receiver is converted into electrical signals by the microphone 400 and fed to the low-pass filter 402.
- the cut-off frequency of the low-pass filter 402 is dimensioned such that the frequency components in which no data are modulated in are greatly attenuated. In the present exemplary embodiment, the cutoff frequency is 6 kHz. Low-pass filtering is used to avoid convolutions that may result from the later sampling of the signal.
- the amplifier 404 with automatic gain control provides constant instantaneous power of the input signal before the A / D converter 406 for sure. This is necessary at times due to channel To be able to compensate for damping. It should be noted that the decoder is both hardware and software is feasible. In the case of a software Realization can be dispensed with the amplifier 404.
- the A / D converter scans and digitizes the Signal through.
- the matched filter 408 consists of an FIR filter or a non-recursive filter.
- the filter 408 contains the reverse sequence of the PN sequence as a coefficient of the transmitter.
- the PN sequence of the pseudo noise signal can be, for example, coded in manchester.
- contains the filter 408 contains the reverse as coefficients manchester-coded sequence of the transmitter's PN sequence.
- filter 408 generates one at maximum correlation Tip at the exit, the sign of which is the transmitted symbol corresponds.
- the filter output thus delivers at a distance of Length 2 * N of the PN sequence peaks which is the transmitted data represent. Because the peaks are not clear at all times is the filter 408 the bit synchronization control block 410 downstream.
- the synchronization controller in block 410 searches in the output signal of the filter 408 peaks, which clearly differ from stand out from the intoxication. If such a tip is found is synchronized to the length of the PN sequence in the output of the Filters 408 keyed in to the transmitted symbols to recover. A clear one appears during this time Peak, the sampling time is corrected accordingly.
- the output of block 410 provides a bit stream which is in the subsequent data decoder 412 is processed. This In the event that at the input of the microphone 402 there is no validly coded signal, a random sequence of bits. If the decoder is bit synchronized, contains the bit stream the data sent.
- the decoding of the useful data signal takes place in the data decoder 412 from the bit stream from block 410.
- the data decoder is described in more detail below.
- the Data decoder 412 includes an input ON that is connected to a Frame synchronization block 502 and an HDLC decoding block 504 is connected.
- Block 502 issues a trigger Trigger signal to block 504.
- the exit of the block 504 is with the input of a Hamming error correction block 506 connected, the output of which is connected to the input of a checksum block 508 is connected.
- Subsequent to the Block 508 is a Hamming data calculation in block 410.
- the output of block 410 is the output of the data decoder 412 connected, at the output of which the data word with a length of 11 bits.
- Frame synchronization block 502 receives the input bit stream and looks for synchronization word 202 in it. It is found, the HDLC decoder 504 is triggered and the Input data decoded accordingly. Then follows the syndrome calculation and the error correction by the Hamming code. Via the bit error corrected 15-bit word the checksum is calculated and compared with the transmitted bits. If all of these operations are successful, the 15 bits decoded with the Hamming code and the 11 transmitted Data bits output from the decoder.
- the essential features of the coding method according to the invention for introducing an inaudible data signal into an audio signal are converting the audio signal into the Spectral range, determining the masking threshold of the Audio signal, providing a pseudo noise signal, providing the data signal, multiplying the Pseudo noise signal with the data signal to a frequency spread data signal to create the weighting of the spread data signal with the masking threshold and that Superimposing the audio signal and the weighted signal.
- the essential features of the method according to the invention for decoding an inaudibly contained in an audio signal are sampling the audio signal, the non-recursive filtering of the sampled audio signal, and comparing the filtered audio signal to one Threshold to recover the data signal.
- FIG. 6 A system according to the present invention is described below with reference to FIG. 6 Invention for determining the distribution of listeners individual Radio stations described in more detail using an identification signal.
- the system described with reference to FIG. 6 is used for introducing the identification signal into the transmitted one Audio signal, the coding method described above, and used to decode the signal from the received audio signal, the decoding method described above.
- the system described with reference to FIG. 6 enables the Reliable distribution of listeners to the individual radio stations to determine.
- the system is independent of the one used Receivers, so that the different listening habits Can be taken into account.
- the detection of the listener range takes place in a predetermined Time interval that depends on the individual case is adjustable. According to an example, the time interval 10 seconds. It must also be determined how current the evaluation has to be. According to that shown in Fig. 6 An example of a system is the handset data Night captured. In other embodiments, it may be sufficient the data acquisition device every 4 weeks send in.
- the system as shown in Fig. 6 includes a recording device that is highly accepted by the listeners achieved to ensure the reliability of data collection. To get the most comprehensive data possible ensure the acquisition device is on the body of the test handset or subjects, and this is about a small device with sufficient battery supply, such as batteries, which are attractive in design and is easy to use.
- the batteries are in reloaded with a charging or docking station.
- System 600 exists from the following components.
- An audio signal is in a radio station 602 and generated by means of an identifier 604 with an identification signal.
- the audio signal applied with the identification signal is passed to an antenna 606 which emits radiation 608 of the audio signal.
- a radio receiver 610 consisting of an antenna 612, a receiver device 614 and two speakers 616 receives the radiated Audio signal.
- the audio signal received by antenna 612 is in via the receiver 614 and the speakers 616 audible audio signal 618 converted by a capture device 620 is received.
- the one shown in Fig. 6 The exemplary embodiment is the receiving device 620 in FIG Designed in the shape of a wristwatch.
- the detection device 620 operates to extract the identification signal from the received audio signal 618 pull out. This is done by means of the invention Process for decoding an inaudible in a data signal containing an audio signal.
- the identification signal that is determined by the receiver 620 is shown in FIG cached to the receiving device.
- a so-called Docking station 622 is provided to watch 620 for example during the night to record a broadcast to effect the stored identifier data.
- the Docking station 622 is via a line 624 and a corresponding one Junction 626 to which there is also a telephone 628 can be connected with a communication network 630 connected, which in one embodiment Telephone network is.
- the data or identification data stored by the receiving device 620 sent to a control center 632 which is a computer 634 to evaluate the received data.
- a control center 632 which is a computer 634 to evaluate the received data.
- the Computer 634 is connected to a modem 638 via a line 636 connected, which in turn via a line 640 and a further connection device 642 with the communication network 630 is connected.
- FIG. 7 Invention for determining the range of a transmitter Radio station described in more detail using an identification signal.
- the system described with reference to FIG. 7 is used for insertion the identification signal into the transmitted audio signal, the coding method described above, and used to decode the signal from the received audio signal, the decoding method described above.
- the system according to the invention is shown in its entirety in FIG. 7 provided with the reference numeral 700.
- the system 700 With the system 700 becomes an audio signal in a radio station 702 for example generated in a Studio 704 and using an identifier or encoder 706 with an identification signal.
- the application of the audio signal by the identifier 706 is done using the encoding method described above for introducing an inaudible data signal into an audio signal.
- the one charged with the identification signal Audio signal is passed to an antenna 708 which causes a radiation 710 of the audio signal.
- a radio receiver 712 for example a test receiver from an antenna 714 and a receiver device 716 the emitted audio signal.
- the one shown in Fig. 7 Receiver 716 is only used to receive the audio signal. Since it is only in this embodiment the determination of the transmitter range goes to a Playback of the transmitted audio signal can be omitted.
- An advantage of this procedure is that the Determining the transmitter range is not just a limited one Band area in the audio signal for transmission of the data signal can be used. It is possible the whole Bandwidth of the transmitted audio signal. Thereby can either the decoding security or the transmitted Amount of data can be increased.
- the Decoder 718 which carries out the method for decoding, formed by a computer 720, which processes the software realized.
- the Receiver 716 operates via a line or cable 722 connected to a so-called sound card 724 in the computer, processing of the audio signal by the computer to enable.
- the transmission from the receiver 712 to decoder 718 over line 722 is analog. With in other words, the received audio signal is sent directly from the Receiver 712 is fed into decoder 718.
- Decoder 718 is connected to a modem via line 724 728 connected, which in turn via another line 730 connected to a corresponding connection point 732 is.
- the junction 732 is with a communication network 734, for example connected to a telephone network. They are switched off via the communication network 734 data or identification data recorded to the data signal to a Control center 736 sent, which has a computer 738 to evaluate the received data.
- the calculator 738 is over a line 740 is connected to a modem 742, which in turn is connected to the communication network 734.
- a system for labeling is described below with reference to FIG. 8 described by audio signals, which is used for sound carriers and copies of sound carriers based on the in the audio signal identify the introduced identification signal.
- the advantage is that it enables possible pirated copies easily identified since every single one Provide the sound carrier with an individual identifier from the factory is.
- FIG. 8a schematically shows the production of a sound carrier, such as a compact disc "CD" in a press shop 800 shown.
- the pressing plant 800 comprises a playback device 802, in which a master tape runs, which the on a CD contains audio signals to be applied.
- the CD is in a press 804 pressed.
- an encoder 806 is arranged between press 804 and Playing device 802.
- Each CD is assigned an identification signal by the encoder, which is introduced into the audio signal.
- the coding takes place according to the coding method described above.
- a counter is assigned to encoder 806, for example, consecutive identification numbers provides as an identification signal that in the audio signal is introduced.
- FIG. 8b The mode of operation of the identifiers is shown in FIG. 8b individual CDs explained in more detail.
- a CD 808 with a individual ID is copied several times, like this through the schematically represented players 810 is indicated.
- the copies can be both analog and be created digitally.
- FIG. 9 is a system for remote control represented by audio devices that the invention Methods of coding and decoding are used.
- the system according to the invention is shown in its entirety in FIG. 9 provided with the reference number 900.
- the 900 system With the 900 system becomes an audio signal in a radio station 902 for example created in a Studio 904.
- Using an encoder 706 becomes a data signal or control signal in the audio signal brought in.
- the application of the audio signal by encoder 906 is done using that described above Coding method for inserting an inaudible Data signal into an audio signal. That acted on the signal Audio signal is passed to an antenna 908, which causes radiation 910 of the audio signal.
- a Receiver 912, consisting of an antenna 914 and one Receiver device 916 receives the radiated audio signal.
- a decoder is provided to the receiver 916, which decoder in data signal contained in the audio signal according to the above-described Decoding process.
- the recipient is constructed such that it responds to the data signal to for example the recording of a music program Radio stations to begin. Because of the from the audio signal extracted data signal causes the receiver that a Recording device 918 is activated with which the sent Audio signal is recorded. This will make one for radios System created that provides a process that is compatible with the "VPS" procedure when watching TV is comparable.
- a system is created that a parallel to Audio signal working data channel in audio devices that process, provide digital data.
- This data channel has a low bit rate, in the information according to the methods described above are introduced, and according to pulled out the decoding method described above become.
- the main features of the Encoder for the introduction of an inaudible data signal into an audio signal are converting the audio signal into the spectral range, determining the masking threshold the audio signal, the provision of a pseudo noise signal, providing the data signal, multiplying of the pseudo noise signal with the data signal to a frequency spread data signal to create the weighting of the spread data signal with the masking threshold and superimposing the audio signal and the weighted signal.
- the main features of the pull-out decoder inaudible data signal contained in an audio signal are the sampling of the audio signal, the non-recursive Filtering the sampled audio signal, and comparing of the filtered audio signal with a threshold around which Recover data signal.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Codierverfahren zur Einbringung eines nicht hörbaren Datensignals in ein Audiosignal, auf ein Verfahren zum Decodieren eines nicht hörbar in einem Audiosignal enthaltenen Datensignals, auf einen Codierer und einen Decodierer.The present invention relates to an encoding method for introducing an inaudible data signal into an audio signal, on a method for decoding a inaudible data signal contained in an audio signal, to an encoder and a decoder.
Die Übertragung von nicht hörbaren Datensignalen in einem Audiosignal findet beispielsweise Anwendung bei der Reichweitenforschung für den Rundfunk. Die Reichweitenforschung dient dazu, die Zuhörerverteilung einzelner Radiostationen zuverlässig zu ermitteln. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bekannt, um die Zuhörerverteilung einzelner Radiostationen zu ermitteln.The transmission of inaudible data signals in one Audio signal is used, for example, in range research for broadcasting. The range research serves the distribution of listeners of individual radio stations to reliably determine. The prior art is different Processes known to individual audience distribution Identify radio stations.
Ein erstes Verfahren arbeitet derart, daß mittels eines Mikrophons, das von einem Hörer getragen wird, die Umgebungsgeräusche aufgezeichnet und mittels eines Referenz empfängers verglichen. Aus dem Vergleich läßt sich dann die Empfangsfrequenz des Rundfunkempfängers ermitteln.A first method works in such a way that by means of a microphone, that is carried by a handset, the ambient noise recorded and using a reference receiver compared. The reception frequency can then be obtained from the comparison of the radio receiver.
Bei einem zweiten Verfahren werden die Umgebungsgeräusche in komprimierter Form mit der Information der genauen Uhrzeit in einem Speicher aufgezeichnet werden und anschließend an eine Zentrale übertragen werden. Dort werden die Daten von leistungsfähigen Rechnern mit Programmbeispielen verglichen, die während einer vorbestimmten Zeitdauer, beispielsweise eines Tages, aufgezeichnet wurden. Auf diese Art kann der gehörte Sender ermittelt werden.In a second method, the ambient noise in compressed form with the information of the exact time be recorded in a memory and then on a control center can be transferred. There the data from powerful computers compared with sample programs, which during a predetermined period of time, for example one day. In this way, the heard station can be determined.
Die oben beschriebenen Verfahren weisen die nachfolgenden Nachteile auf. The methods described above have the following Disadvantages.
Das zuerst beschriebene System ist nicht anwendbar bei einem Mehrbandempfang, Mehrnormenempfang oder Mehrmedienempfang, da es nur auf die Übertragung von frequenzmodulierten Signalen beschränkt ist. Eine zusätzliche lokale Abstrahlung anderer Medien über freie FM-Kanäle ist aufgrund der Vielfalt der Programmquellen nur in Einzelfällen durchführbar. Ferner wird gemäß diesem Verfahren die gleiche Empfangsstärke benötigt, wie sie der Empfänger der Hörers aufweist. Bei einer guten Empfangsanlage oder z.B. im Auto ist diese Bedingung nicht zu realisieren. Ein weiterer Nachteil besteht in der Reaktionszeit zum Abstimmen des Referenzempfängers und der Korrelation, da diese mit dem Programmangebot anwächst und im Bereich von Minuten liegt. Der Stromverbrauch eines solchen Verfahrens ist durch die verwendeten Komponenten, den Empfänger, die Signalverarbeitung, usw., erheblich. Der Empfänger kann des weiteren nicht beliebig sparsam ausgestaltet werden, da durch den Stromverbrauch des Referenzempfängers unmittelbar die Großsignalfestigkeit bestimmt ist. Wiederum ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch das Vergleichsprinzip lediglich die Frequenz des empfangenen Signals bestimmt werden kann, wobei die Frequenzbelegung jedoch vom augenblicklichen Standort abhängt. Somit ist es notwendig, eine Information hinsichtlich des Standorts des Hörers zu erhalten, beispielsweise über die aktuellen Sendertabellen.The system described first is not applicable to one Multi-band reception, multi-standard reception or multi-media reception, since it's only on the transmission of frequency modulated signals is limited. An additional local radiation other media via free FM channels is due to the diversity of the program sources can only be carried out in individual cases. Furthermore, according to this method, the reception strength is the same required as the receiver of the listener has. At a good reception system or e.g. this condition is in the car not realizable. Another disadvantage is in the response time to tune the reference receiver and the correlation, as this increases with the range of programs and is in the range of minutes. The electricity consumption such a process is due to the components used, the receiver, the signal processing, etc., considerably. Furthermore, the receiver cannot be designed to be as economical as desired be because of the power consumption of the reference receiver immediately determines the large signal strength is. Another disadvantage is that the comparison principle only the frequency of the received Signal can be determined, but the frequency assignment depends on the current location. So it is necessary to provide information regarding the location of the Available to the listener, for example via the current station tables.
Das zweite, oben beschriebene Verfahren weist den Nachteil eines erheblichen Speicherbedarfs auf, da sich bei einer Aufzeichnung über 24 Stunden eine Nettodatenmenge von ca. 150 MB ergibt. Selbst bei einer guten Komprimierung um z.B. den Faktor 10 fallen täglich ca. 15 MB an Daten an. Somit sind die zu verwendenden Speicher groß und damit teuer und haben auch eine hohe Stromaufnahme. Weiter ist die Ermittlung der Referenzprogramme schwierig, da sie dezentral landesweit erfolgen muß. Wiederum ein weiteres Problem besteht in der Problematik des Datenschutzes, da die Audioinformationen unmittelbar aus der Umgebung der Testperson gesammelt und zu einer zentralen Auswertung transportiert werden.The second method described above has the disadvantage a considerable memory requirement, since a Recording over 24 hours a net amount of data of approx. 150 MB results. Even with good compression e.g. the factor 10 is about 15 MB of data per day. Consequently the memories to be used are large and therefore expensive and also have a high power consumption. Next is the investigation of the reference programs difficult because they are decentralized nationwide. Again there is another problem in the issue of data protection, since the audio information collected directly from the environment of the test person and transported to a central evaluation.
Um die oben beschriebenen Probleme zu vermeiden wurden im Stand der Technik bereits mehrere Verfahren vorgeschlagen, bei denen ein Kennungssignal eines Senders in der Form eines Datensignals in das zu übertragende Audiosignal eingebracht wird. Das zu übertragende Datensignal ist in diesem Fall für den Zuhörer nicht hörbar.To avoid the problems described above, the Several methods have already been proposed in the prior art, where an identification signal of a transmitter in the form of a Data signal introduced into the audio signal to be transmitted becomes. In this case, the data signal to be transmitted is for the listener is not audible.
Solche Verfahren sind beispielsweise in der WO 94/11989, GB 2260246 A, GB 2292506 A und in der WO 95/04430 beschrieben. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß nicht sichergestellt werden kann, daß das Datensignal zu jedem Zeitpunkt der Übertragung des Audiosignals für den Zuhörer nicht hörbar ist.Such methods are described, for example, in WO 94/11989, GB 2260246 A, GB 2292506 A and in WO 95/04430. The disadvantage of this method is that it does not can be ensured that the data signal to each Time of transmission of the audio signal to the listener is not audible.
Die US-A-5,450,490 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einschließen von Codes in Audiosignale und zum Decodieren derselben. Dieses System verwendet unterschiedliche Symbole, die mittels verschränkter Frequenzlinien codiert werden. Um sicherzustellen, daß die übertragenen Datensignale zu jeder Zeit nicht hörbar sind, wird hinsichtlich der einzelnen Frequenzen, aus denen sich die zu übertragenden Symbole zusammensetzen, eine Maskierungsbeurteilung durchgeführt. Der Nachteil dieses Verfahren besteht darin, daß die Erzeugung von zu übertragenden Signalen sehr aufwendig ist.US-A-5,450,490 describes an apparatus and method for including codes in audio signals and for Decode them. This system uses different ones Symbols encoded using crossed frequency lines become. To ensure that the transmitted data signals are inaudible at all times, is regarding of the individual frequencies that make up the broadcast Assemble symbols, a masking assessment carried out. The disadvantage of this method is in that the generation of signals to be transmitted is very is complex.
Die US-A-5,473,631 betrifft ein Kommunikationssystem, um gleichzeitig Daten- und Audiosignale über einen herkömmlichen Audiokommunikationskanal zu senden, wobei psychoakustische Codiertechniken (perceptual coding) verwendet werden. Ein erstes Netzwerk wird verwendet, welches einen Audiokanal überwacht, um Möglichkeiten zu entdecken, um das Datensignal derart in das Audiosignal einzufügen, daß die eingefügten Signale durch das Audiosignal maskiert sind. Eine Steuerung ist vorgesehen, mittels der ein Datensignal bereitgestellt wird, welches anschließend in RAM-Speichern abgelegt wird. Das Datensignal wird entweder durch einen Spread-Spektrum-Codierer codiert. Das in dem RAM-Speicher gespeicherte Datensignal wird in einen Modulo2-Codierer eingegeben, in dem es mit einem synchronen Pseudo-Noise-Code von einem PN-Code-Generator gemischt wird. Das sich ergebende Signal wird in einen Kopfsignalgenerator eingegeben, und das aus diesem Generator ausgegebene Signal wird an ein einstellbares Dämpfungsglied angelegt. Der Ausgang des einstellbaren Dämpfungsgliedes ist mit einem Summierer verbunden, der dazu dient, das Audiosignal und das Datensignal zusammenzufassen, um dann das Audio- und Datensignal am Ausgang auszugeben. Das Netzwerk wird verwendet, um Möglichkeiten zu erfassen, um ein Datensignal derart in das Audiosignal einzufügen, so daß die Datensignale von einem menschlichen Zuhörer nicht wahrgenommen werden.US-A-5,473,631 relates to a communication system simultaneously data and audio signals over a conventional one Send audio communication channel, being psychoacoustic Coding techniques (perceptual coding) used become. A first network is used, which one Audio channel monitors to discover ways to do that Insert data signal in the audio signal such that the inserted signals are masked by the audio signal. A control is provided by means of which a data signal is provided, which is then in RAM memories is filed. The data signal is either by a Encoded spread spectrum encoder. That in the RAM memory stored data signal is input into a modulo2 encoder, in it with a synchronous pseudo-noise code is mixed by a PN code generator. The resulting Signal is input to a head signal generator, and the signal output from this generator is sent to an adjustable Attenuator applied. The output of the adjustable Attenuator is connected to a summer which serves the audio signal and the data signal summarize, then the audio and data signal at the output to spend. The network is used for opportunities to capture a data signal in such a way in the audio signal insert so that the data signals from a human Listeners are not noticed.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Codieren eines nicht hörbar in einem Audiosignal enthaltenen Datensignals zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß das zu übertragende Datensignal vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen wird, gegenüber Interferenzerscheinungen unanfällig ist und eine gute Kanalausnutzung bildet, wobei das Datensignal sicher und einfach decodiert werden kann.Based on this prior art, the present Invention, the object of a method for coding a data signal not audibly contained in an audio signal to ensure that the Data signal to be transmitted not perceived by the human ear becomes insensitive to interference and forms a good channel utilization, the data signal can be decoded safely and easily.
Diese Aufgabe wird durch ein Codierverfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Codierverfahren gemäß Anspruch 2 gelöst.This object is achieved by a coding method according to claim 1 and solved by a coding method according to claim 2.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, einen Codierer zum Einbringen und Herausziehen eines nicht hörbar in einem Audiosignal enthaltenen Datensignals zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß das zu übertragende Datensignal vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen wird, gegenüber Interferenzerscheinungen unanfällig ist und eine gute Kanalausnutzung bildet, wobei das Datensignal sicher und einfach decodiert werden kann. Based on this prior art, the present Another object of the invention is an encoder for inserting and removing one inaudible in one To create audio signal contained data signal at which it is ensured that the data signal to be transmitted from human ear is not perceived, against interference is insensitive and good channel utilization forms, the data signal being decoded safely and easily can be.
Diese Aufgabe wird durch einen Codierer gemäß Anspruch 14
und durch einen Codierer gemäß Anspruch 15 gelöst.This object is achieved by an encoder according to claim 14
and solved by an encoder according to
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß Informationen in ein Audiosignal eingebracht werden, ohne daß sie vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden, aber von einem Detektor sicher decodiert werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Spread-Spektrum-Modulation verwendet wird, bei der die Information bzw. das Datensignal in das gesamte Übertragungsband gespreizt wird, wodurch die Anfälligkeit gegenüber Interferenzerscheinungen und die Mehrwegausbreitung reduziert wird. Gleichzeitig ergibt sich eine gute Kanalausnutzung.An advantage of the methods according to the invention is that that information is introduced into an audio signal, without being perceived by the human ear, but can be safely decoded by a detector. Another Advantage of the present invention is that the Spread spectrum modulation is used where the information or the data signal in the entire transmission band spreads, increasing susceptibility to interference and reduces the multipath becomes. At the same time, there is good channel utilization.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Nichthörbarkeit dadurch erreicht, daß das Audiosignal, welches beispielsweise ein Musiksignal ist, dem das Datensignal bzw. die Informationen beigefügt werden sollen, einer Psychoakustikberechnung unterzogen wird. Aus dieser wird die Maskierungsschwelle ermittelt und das Spread-Spektrum-Signal wird mit dieser gewichtet. Dies stellt sicher, daß zu keinem Zeitpunkt mehr Energie zur Datenübertragung verwendet wird, als psychoakustisch zulässig ist.According to the present invention, the inaudibility thereby achieved that the audio signal, which for example is a music signal to which the data signal or the information should be added to a psychoacoustic calculation is subjected. This becomes the masking threshold determined and the spread spectrum signal with this weighted. This ensures that at no time more energy is used for data transmission than is permitted psychoacoustically.
Zum Decodieren des codierten Datensignals kann ein nicht-rekursives Filter (Matched-Filter) verwendet werden. Dieses Filter kann zur Korrelation und Rekonstruktion verwendet werden, so daß sich das Decodieren besonders einfach gestaltet, was im Hinblick auf eine spätere Hardwarerealisierung vorteilhaft ist. Der Decodierer kann beispielsweise in der Form einer Armbanduhr vorgesehen sein, der leicht von Testpersonen getragen werden kann.A non-recursive can be used to decode the encoded data signal Filters (matched filters) can be used. This Filters can be used for correlation and reconstruction so that decoding is particularly easy, what with regard to a later hardware implementation is advantageous. The decoder can, for example, in the Form of a wrist watch can be easily provided by test subjects can be worn.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Codierers besteht darin, daß Informationen in ein Audiosignal eingebracht werden, ohne daß sie vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden, aber von einem Detektor sicher decodiert werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Spread-Spektrum-Modulation verwendet wird, bei der die Information bzw. das Datensignal in das gesamte Übertragungsband gespreizt wird, wodurch die Anfälligkeit gegenüber Interferenzerscheinungen und die Mehrwegausbreitung reduziert wird. Gleichzeitig ergibt sich eine gute Kanalausnutzung.An advantage of the encoder according to the invention is that that information is introduced into an audio signal, without being perceived by the human ear, but can be safely decoded by a detector. Another Advantage of the present invention is that the Spread spectrum modulation is used where the information or the data signal in the entire transmission band spreads, increasing susceptibility to interference and reduces the multipath becomes. At the same time, there is good channel utilization.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Nichthörbarkeit dadurch erreicht, daß das Audiosignal, welches beispielsweise ein Musiksignal ist, dem das Datensignal bzw. die Informationen beigefügt werden sollen, einer Psychoakustikberechnung unterzogen wird. Aus dieser wird die Maskierungsschwelle ermittelt und das Spread-Spektrum-Signal wird mit dieser gewichtet. Dies stellt sicher, daß zu keinem Zeitpunkt mehr Energie zur Datenübertragung verwendet wird, als psychoakustisch zulässig ist.According to the present invention, the inaudibility thereby achieved that the audio signal, which for example is a music signal to which the data signal or the information should be added to a psychoacoustic calculation is subjected. This becomes the masking threshold determined and the spread spectrum signal with this weighted. This ensures that at no time more energy is used for data transmission than is permitted psychoacoustically.
Der Decodierer kann ein nicht-rekursives Filter (Matched-Filter) verwenden. Dieses Filter kann zur Korrelation und Rekonstruktion verwendet werden, so daß sich das Decodieren besonders einfach gestaltet, was im Hinblick auf eine spätere Hardwarerealisierung vorteilhaft ist. Der Decodierer kann beispielsweise in der Form einer Armbanduhr vorgesehen sein, der leicht von Testpersonen getragen werden kann.The decoder can use a non-recursive filter (matched filter) use. This filter can be used for correlation and Reconstruction can be used so that the decoding designed especially simple, with a view to a later one Hardware implementation is advantageous. The decoder can be provided, for example, in the form of a wristwatch that can be easily carried by test persons.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 27 - 34, 36 und 37 sowie in den Unteransprüchen definiert.Preferred developments are in claims 27-34, 36 and 37 as well as defined in the subclaims.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Codierers;
- Fig. 2
- eine Darstellung des Übertragungsrahmens, der zur Übertragung des Nutzsignals verwendet wird;
- Fig. 3
- ein Blockdiagramm des in Fig. 1 dargestellten Quellencodierungsblocks;
- Fig. 4
- ein Beispiel eines Decodierers;
- Fig. 5
- ein Blockdiagramm des in Fig. 4 dargestellten Datendekodieres;
- Fig. 6
- ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Bestimmung der Zuhörerverteilung einer Radiostation, das die erfindungsgemäßen Verfahren zum Codieren verwendet;
- Fig. 7
- ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Bestimmung der Zuhörerverteilung einer Radiostation, das die erfindungsgemäßen Verfahren zum Codieren verwendet;
- Fig. 8
- ein Ausführungsbeispiel eines Systems zum Kennzeichnen von Audiosignalen mit einer eindeutigen Kennummer zur Identifizierung von Tonträgern; und
- Fig. 9
- ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Fernsteuerung von Audiogeräten, das die erfindungsgemäßen Verfahren zum Codieren verwendet.
- Fig. 1
- an embodiment of an encoder according to the invention;
- Fig. 2
- a representation of the transmission frame that is used to transmit the useful signal;
- Fig. 3
- a block diagram of the source coding block shown in Fig. 1;
- Fig. 4
- an example of a decoder;
- Fig. 5
- a block diagram of the data decoding shown in Fig. 4;
- Fig. 6
- an embodiment of a system for determining the audience distribution of a radio station, which uses the inventive method for coding;
- Fig. 7
- an embodiment of a system for determining the audience distribution of a radio station, which uses the inventive method for coding;
- Fig. 8
- an embodiment of a system for labeling audio signals with a unique identification number for the identification of sound carriers; and
- Fig. 9
- an embodiment of a system for remote control of audio devices that uses the inventive method for coding.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Codierers näher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltung lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt, und die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.An exemplary embodiment is described below with reference to FIG. 1 of an encoder described in more detail. It should be noted that the circuit shown in Fig. 1 is only a represents preferred embodiment, and the present Invention is not limited to this.
Die in Fig. 1 dargestellte Codierschaltung besteht aus einem
Transformationsblock 100, einem Psychoakustikblock 102,
einem Datensignalgenerator 104, einem Quellencodierungsblock
105, einem Pseudo-Noise-Signalgenerator 106, einem BPSK-Basisbandmodulator
108 (BPSK = Binary Phase Shift Keying = binäre
Phasenverschiebungstastung), einem BPSK-Modulator 110,
einer Einrichtung zum Gewichten von zwei Signalen 112, einem
Rücktransformationsblock 114 und einer Superpositions- bzw.
Überlagerungseinrichtung 116. Bei dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind der BPSK-Basisbandmodulator 108,
der BPSK-Modulator 110 und die Einrichtung zum Gewichten von
zwei Signalen 112 jeweils durch einen Multiplizierer gebildet.
Ferner ist ein weiterer Transformationsblock 118
vorgesehen, der das Ausgangssignal s(l) des BPSK-Modulators
110 in den Spektralbereich transformiert.The coding circuit shown in Fig. 1 consists of a
Der Transformationsblock 100 ist mit einem Eingang EIN der
Schaltung verbunden. Der Ausgang des Transformationsblock
100 ist mit dem Psychoakustikblock 102 verbunden. Der Eingang
der Schaltung ist ferner mit einem Eingang der Superpositionseinrichtung
116 verbunden.The
Der Ausgang des Pseudo-Noise-Signalgenerators 106 ist mit
einem Eingang des BPSK-Basisbandmodulators 108 verbunden und
der Ausgang des Datensignalgenerators 104 mit dem Eingang
des Quellencodierungsblocks 105 verbunden, dessen Ausgang
wiederum mit dem anderen Eingang des BPSK-Basisbandmodulators
108 verbunden ist. Der Ausgang des BPSK-Basisbandmodulators
108 ist mit einem Eingang des BPSK-Modulators 110
verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Signalgenerator
(nicht dargestellt) verbunden ist, der ein cosinusförmiges
Signal an den anderen Eingang des BPSK-Modulators 110 anlegt.
Der Ausgang des BPSK-Modulators 110 ist mit dem weiteren
Transformationsblock 118 verbunden, dessen Ausgang mit
der Gewichtungseinrichtung 112 verbunden ist.The output of the
Der Ausgang des Psychoakustikblocks 102 ist ebenfalls mit
der Gewichtungseinrichtung 112 verbunden. Der Ausgang der
Gewichtungseinrichtung 112 ist mit einem Eingang des Rücktransformationsblocks
114 verbunden. Der Ausgang des Rücktransformationsblocks
114 ist mit einem weiteren Eingang der
Superpositionseinrichtung 116 verbunden, wobei der Ausgang
der Superpositionseinrichtung 116 mit einem Ausgang AUS der
Schaltung verbunden ist.The output of the
Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Codierverfahrens näher beschrieben.A preferred exemplary embodiment is described below with reference to FIG. 1 of the coding method according to the invention described.
Zunächst wird am Eingang "EIN" ein Musiksignal n(k) eingespeist,
das beispielsweise als digitales PCM-Musiksignal
vorliegt (PCM = Pulsed Code Modulation). Im Transformationsblock
100 wird das Musiksignal zunächst einer Fensterung mit
Hanningfenster unterzogen und anschließend mittels einer
schnellen Fourier-Transformation (FFT = fast fourier transformation)
mit einer Länge von 1024 mit 50% Überlappung
(Overlap) in den Spektralbereich umgewandelt. Danach liegt
das Spektrum N(..) des Musiksignals n(k) mit 512 Frequenzlinien
vor, das als Eingangssignal für die Psychoakustik 102
verwendet wird. Das Spektrum des Musiksignals wird gleichzeitig
an die Superpositionseinrichtung 116 angelegt, wie
dies durch den Pfeil 120 verdeutlicht ist.First, a music signal n (k) is fed in at the input "ON",
for example as a digital PCM music signal
is present (PCM = Pulsed Code Modulation). In the
Im Psychoakustikblock 102 wird das Spektrum N(ω) in kritische
Bänder (critical bands) aufgeteilt. Diese Bänder haben
eine Breite von 1/3 bark, was abhängig von Abtastfrequenz
(im vorliegenden Beispiel beträgt diese z.B. 44,1 kHz oder
48 kHz) eine Bandanzahl von ca. 60 kritischen Bändern ergibt.
Die Zuordnung der Frequenzen f(Hz) in Bänder z(bark)
orientiert sich an der Bandeinteilung, die das menschliche
Ohr beim Hörvorgang vornimmt und ist beispielsweise im Standard
ISO/IEC 11172-3 tabellarisch notiert. In diesen kritischen
Bändern wird die Bandenergie durch Summation des Realteils
und des Imaginärteils des Spektrums N(..) gemäß der
nachfolgenden Gleichung bestimmt:
Diese Energieverteilung wird nun einer Spreizung unterworfen. Hierfür wird für jedes Band die sogenannte Spreizungsfunktion berechnet, wobei die Berechnung dem Standard ISO/IEC 11172-3 (1993) folgt. Anschließend werden die 60 erhaltenen Spreizungsverläufe mit den Bandenergien gefaltet und man erhält den Verlauf der Erregung. Aus dieser läßt sich unter Berücksichtigung des Verdeckungsmaßes die Maskierungsschwelle W(z) für nichttonale Audiosignale mit einem Stützpunkt pro kritischem Band z berechnen.This energy distribution is now subjected to a spread. The so-called spreading function is used for each band calculated, the calculation being the standard ISO / IEC 11172-3 (1993) follows. Then the 60 obtained Spreading curves folded with the band energies and you get the course of excitement. From this leaves the masking threshold taking into account the extent of masking W (z) for non-tonal audio signals with a Calculate the base point per critical band z.
Für tonale Audiosignale ist die Maskierungsschwelle W(z) erheblich niedriger anzusetzen. Daher wird mit Hilfe einer Signalprädiktion ein Maß für die Tonalität für jede Frequenzlinie bestimmt. Die Prädiktion bestimmt aus den beiden zurückliegenden FFTs für jede Linie eine prädizierten Vektor durch Addition der Phasen- und Betragsdifferenz zum Vektor der letzten FFT-Linie. Anschließend wird ein Fehlervektor durch Differenzbildung von prädiziertem Vektor und tatsächlich aus der FFT erhaltenen Vektor gebildet.The masking threshold W (z) is significant for tonal audio signals to set lower. Therefore, using signal prediction a measure of the tonality for each frequency line certainly. The prediction determines from the two past FFTs for each line have a predicted vector by adding the phase and magnitude difference to the vector the last FFT line. Then an error vector by forming the difference between the predicted vector and actually vector obtained from the FFT.
Durch linienweise Betragsbildung des Fehlervektors berechnet sich ein Maß für die Unvorhersagbarkeit des Signals (engl. Abk. cw = chaos measure) für jedes ω. Aus dem "cw"-Wert, der Werte zwischen 0 - "sehr tonal" - und 1 - "nicht tonal" - annehmen kann, wird das Verdeckungsmaß, das bei der Berechnung der Maskierungsschwelle zu berücksichtigen ist, ausgerechnet.Calculated by line-by-line magnification of the error vector a measure of the unpredictability of the signal. Abbr. Cw = chaos measure) for each ω. From the "cw" value, the values between 0 - "very tonal" - and 1 - "not tonal" - can assume the measure of masking that is used in the calculation the masking threshold must be taken into account, of all places.
Alternativ kann die Berechnung der Maskierungsschwelle auch
anders erfolgen. Die aus der FFT erhaltenen Spektrallinien
werden in kritische Bänder zusammengefaßt. Diese Bänder haben
eine Breite von 1/3 bark, was abhängig von Abtastfrequenz
(im vorliegenden Beispiel beträgt diese z.B. 44,1 kHz
oder 48 kHz) eine Bandanzahl von ca. 60 kritischen Bändern
ergibt. Die Zuordnung der Frequenzen f(Hz) in Bänder z(bark)
orientiert sich an der Bandeinteilung, die das menschliche
Ohr beim Hörvorgang vornimmt und ist beispielsweise im Standard
ISO/IEC 11172-3 tabellarisch notiert. In diesen kritischen
Bändern wird die Bandenergie durch Summation des Realteils
und des Imaginärteils des Spektrums N(ω) gemäß der
nachfolgenden Gleichung bestimmt:
Es sei nun angenommen, daß in dem gesamten Band nur tonale Signale vorliegen. In diesem Fall (worst case) ergibt sich die Maskierungsschwelle um einen festen Betrag unter der Energieverteilung des Musiksignals. Als maximales Verdeckungsmaß können z.B. -18dB angenommen werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Berechnung sehr einfach ist, da weder Faltungen noch Prädiktionen vorgenommen werden müssen. Der Nachteil ist, daß u.U. Energiereserven, die das Musiksignal an Verdeckung liefert nicht genutzt werden. Hat man jedoch eine ausreichende Verarbeitungsverstärkung (processing-gain) bereitgestellt, stört dieser Nachteil nicht.It is now assumed that in the entire volume only tonal Signals are present. In this case (worst case) it follows the masking threshold by a fixed amount below the Energy distribution of the music signal. As the maximum masking dimension can e.g. -18dB can be accepted. The advantage this method is that the calculation is very is easy because there are no folds or predictions Need to become. The disadvantage is that you may Energy reserves, which delivers the music signal to concealment not used become. However, you have sufficient processing gain (processing gain) provided, this interferes Disadvantage not.
W(z) wird in nun in W(ω) umgerechnet, wobei diese Umrechnung
gemäß dem Standard ISO/IEC 11172-3 erfolgt. Der Verlauf
der Maskierungsschwelle W(ω) liegt somit am Ausgang des
Blocks 102 an, und zeigt an, bis zu welchem Energiepegel an
dem Signal an einer Stelle ω Energie zugeführt werden darf,
damit diese Änderung unhörbar bleibt.W (z) is now converted into W (ω), this conversion
according to the ISO / IEC 11172-3 standard. The history
the masking threshold W (ω) is thus at the output of the
Der Datensignalgenerator 104 (DSG) stellt das Nutzdatensignal
x(n) zur Verfügung, das im Regelfall zyklisch wiederholt
wird, um jederzeit eine Decodierung in einem Decoder zu ermöglichen.
Das Datensignal hat eine Bandbreite von beispielsweise
50 Hz. Die Daten am Ausgang des DSG 104 liegen
als Binärsignal vor und haben eine niedrige Bitrate 1/Tx im
Bereich von 1-100 Bit/s. Das Spektrum dieses Signals muß im
Vergleich zum Spektrum des Signals, das von dem PN-Signalgenerator
106 mit ωx abgegeben wird, sehr schmalbandig sein.The data signal generator 104 (DSG) provides the useful data signal x (n), which is generally repeated cyclically in order to enable decoding in a decoder at any time. The data signal has a bandwidth of, for example, 50 Hz. The data at the output of the
Die Nutzdatensignale x(n) bestehen bei dem in Fig. 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiel aus Worten mit einer Länge
von 11 Bit. Diese Datenworte sind in einem Rahmen (Frame)
eingebaut, der eine Länge zwischen 26 und 29 Bit. In Fig. 2
ist der Aufbau eines solchen Übertragungsrahmens näher dargestellt.
Der Übertragungsrahmen 200 umfaßt vier Abschnitte
202, 204, 206, 208. Der erste Abschnitt ist ein Synchronwort
202, das aus sieben Bits (Bits 0 bis 6) besteht und bei dem
in Fig. 2 dargestellten Beispiel durch die Bitfolge 1111110
gebildet ist. Der zweite Abschnitt 202 dient dem Fehlerschutz
und besteht aus vier Bits (Bits 7 bis 10). Der dritte
Abschnitt 206 enthält das Datenwort, das eine Länge von 11
Bits hat (Bits 11 bis 21). Der vierte Abschnitt 208 enthält
eine Überprüfungssumme (Checksumme) aus vier Bits (Bits 22
bis 25).The useful data signals x (n) exist in the one described in FIG. 1
Embodiment from words with a length
of 11 bits. These data words are in a frame
built-in, which has a length between 26 and 29 bits. In Fig. 2
the structure of such a transmission frame is shown in more detail.
The
Der Fehlerschutz (Abschnitt 204 in Fig. 2) wird durch einen
nichtsystematischen (15,11)-Hammingcode realisiert. Mit diesem
Blockcode lassen sich alle 1-Bit-Fehler korrigieren. Bei
Mehr-Bit-Fehlern wird das erhaltene Datenwort als falsch
verworfen. Der Vorteil dieses Codes besteht darin, daß er
ohne großen Rechneraufwand durch einfache Matrixmultiplikation
realisierbar ist und damit auch hinsichtlich des Dekodierverfahrens
geeignet ist.The error protection (
Da der Übertragungskanal bitorientiert arbeitet muß der Übertragungsrahmen mit einem HDLC-Protokoll übertragen werden (HDLC = high-level data link control = hochstufige Datenverbindungssteuerung). Diese Protokoll ist derart modifiziert, daß nicht nur nach sechs aufeinanderfolgenden "1"-Bits eine "0" eingefügt wird, sondern auch nach sechs "0"-Bits eine "1". Diese Modifikation ist erforderlich, um Phasendrehungen, die auf dem Kanal auftreten können, zu erkennen und zu korrigieren.Since the transmission channel works bit-oriented, the Transfer frame with an HDLC protocol (HDLC = high-level data link control = high-level Data connection control). This protocol is modified so that not only after six consecutive "1" bits a "0" is inserted, but also after six "0" bits a "1". This modification is required to avoid phase shifts, that can appear on the channel and correct it.
Der Übertragungsrahmen 200 wird durch den Quellencodierungsblock
105 (Fig. 1) aufgebaut. In Fig. 3 ist der Quellencodierungsblock
105 im Detail dargestellt.The
Dem Quellencodierungsblock 105 werden von dem Datensignalgenerator
104 die Datensignale bereitgestellt. Am Eingang 302
des Blocks 105 liegen die Daten als Datenworte mit 11 Bit
Länge vor, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Übertragungsrahmen
wird nun derart aufgebaut, daß zunächst der Fehlerschutz
in einem ersten Block 304 durch den (15,11)-Hammingcode
realisiert wird. Der Rahmen hat nun eine Länge
von 15 Bits. Anschließend wird in einem zweiten Block 306
die Überprüfungssumme dem Rahmen zugefügt. Die Länge ist
danach 19 Bits. Im Block 318 erfolgt die erforderliche
Codierung des Übertragungsrahmens durch einen HDLC-Codierer,
was zu einer Länge des Rahmens von 19 bis 22 Bits führt. Das
am Ausgang des Block 308 vorliegende Binärsignal wird nun in
ein antipodisches Signal umgewandelt. Dies kann z.B. mit der
Zuordnung 0 - > 1 und 1 - > -1 erfolgen. Um den Rahmen zu
vervollständigen wird diesem im Block 310 das Synchronwort
zugefügt. Am Ausgang 312 des Quellencodierungsblocks 105
liegt der Übertragungsrahmen mit einer Länge von 26 bis 29
Bits an, der dem BPSK-Basisbandmodulator 108 zugeführt wird.The
Der Pseudo-Noise-Signalgenerator 106 (PNSG) stellt das
Spreizungssignal g(l) mit der Bitrate 1/Tg bereit. Die Bandbreite
ωg dieses Signals bestimmt die Bandbreite ωs des
Spread-Spektrum-Signals und legt bei dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel im Bereich von 6 kHz. Die höheren
Frequenzen, die ein hochwertiges Musiksignal bietet,
wurden unter Berücksichtigung des Frequenzgangs der Wiedergabegeräte
(z.B. Kofferradios) außer Acht gelassen. Der PNSG
106 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als rückgekoppeltes
Schieberegister aufgebaut und liefert eine pseudozufällige
Pseudo-Noise-Sequenz (PN Sequenz) der Länge N. Diese Sequenz
muß im Decoder zur Decodierung des Signals bekannt sein.The pseudo-noise signal generator 106 (PNSG) provides the spread signal g (l) with the bit rate 1 / T g . The bandwidth ω g of this signal determines the bandwidth ω s of the spread spectrum signal and, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, lies in the range of 6 kHz. The higher frequencies that a high-quality music signal offers have been disregarded, taking into account the frequency response of the playback devices (e.g. portable radios). According to one exemplary embodiment, the
Das Verhältnis Tx/Tn wird als Spreizungsfaktor bezeichnet und bestimmt direkt das Signal-Rausch-Verhältnis, bis zu dem das Verfahren noch zuverlässig arbeitet. Gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Spreizungsfaktor 128 und damit das Signal-Rausch-Verhältnis S/N = 10log10(Tx/Tn) = -21 dB.The ratio T x / T n is called the spreading factor and directly determines the signal-to-noise ratio up to which the method still works reliably. According to the exemplary embodiment described here, the spreading factor is 128 and thus the signal-to-noise ratio S / N = 10log10 (T x / T n ) = -21 dB.
Das vorliegende Binärsignal g(1) des PNSG 106 wird nun in
ein antipodisches Signal umgewandelt. Dies kann z.B. mit der
Zuordnung 0 - > 1 und 1 - > -1 erfolgen. Nach dieser Formattierung
ist das Signal aufbereitet und wird dem BPSK-Basisbandmodulator
zugeführt.The present binary signal g (1) of the
Der BPSK-Basisbandmodulator 108 gestaltet sich bei der Verwendung
antipodischer Signale einfach, da eine Abtastwertweise
Multiplikation der BPSK-Modulation entspricht. Das
sich ergebende Signal h(l) = g(l)x'(n) hat eine Bandbreite
von ωh ≈ 6 kHz. Die Amplitudenwerte sind -1 und 1. Das Signal
hat das Hauptmaximum bei 0 Hz, liegt also im Basisband
vor.The
Das Basisbandsignal h(l) wird nun dem BPSK-Modulator 110 zugeführt.
Dort wird das Basisbandsignal h(l) auf einen cosinusförmigen
Träger cos(ωTt) aufmoduliert. Die Frequenz des
Trägers beträgt die Hälfte der Bandbreite des Spreizbandsignals
im Basisband. Somit kommt die erste Nullstelle des modulierten
Spektrums bei 0 Hz zu liegen. Dadurch kann das Signal
auf Kanälen übertragen werden, deren Übertragungsfunktion
im Bereich von 0 bis 100 Hz stark dämpft, wie dies bei
Audioübertragungen über Lautsprecher und Mikrophon zu erwarten
ist.The baseband signal h (l) is now fed to the
Alternativ kann die Modulation statt mit einem Trägercosinus auch durch geeignete Codierung erfolgen. Durch seine besondere Eigenschaft mittelwertfrei zu sein, kann auch der Manchester-Code Verwendung finden. Durch seine Mittelwertfreiheit kommt somit hier auch bei 0 Hz keine Energie des Spreizbandsignals zu liegen, was für die Übertragbarkeit wichtig ist. Die Codiervorschrift für den Manchester-Code lautet 0 -> 10 und 1 -> 01. Die Anzahl der Bits verdoppeln sich also.Alternatively, the modulation can be used instead of a carrier cosine also be done by suitable coding. Because of its special The Manchester Code can also be a property that is free of mean values Find use. Because of its freedom from the mean there is therefore no energy of the Spread band signal to lie, which is for portability important is. The coding rule for the Manchester code reads 0 -> 10 and 1 -> 01. Double the number of bits so yourself.
Das Zeitsignal s(1), das am Ausgang des BPSK-Modulators 110
anliegt, wird nun mittels einer schnellen Fourier-Transformation
im Transformationsblock 118 in den Spektralbereich
transformiert, so daß am Ausgang des Blocks 118 S(ω) anliegt.The time signal s (1), which is at the output of the
Der spektrale Verlauf des gespreizten Nutzsignals S(ω) wird
nun mit dem Verlauf der Maskierungsschwelle W(ω) durch den
Gewichtungsblock 112 gewichtet, was dazu führt, daß an keiner
Stelle im Audiospektrum mehr Rauschenergie durch das
Spread-Spektrum-Signal eingebracht wird, als das menschliche
Ohr wahrnehmen kann. In Bezug auf die Demodulation des Nutzsignals
wirkt sich der statisch verändernde Verlauf der
Energieverteilung im Nutzsignal nur geringfügig aus, da das
Verfahren gerade in diesem Zusammenhang besonders leistungsfähig
ist.The spectral profile of the spread useful signal S (ω) becomes
now with the course of the masking threshold W (ω) through the
Anschließend erfolgt eine Rücktransformation durch eine inverse
schnelle Fourier-Transformation im Block 114, so daß
das codierte Musiksignal wieder im Zeitbereich vorliegt. Bei
der Rücktransformation sind die 50% Überlappung zu beachten.Subsequently, an inverse transformation takes place
fast Fourier transform in
Beim Block 116 wird das psychoakustisch gewichtete Nutzsignal
im Zeitbereich zum Musiksignals n(k) addiert.At
Am Ausgang "AUS" liefert der Codierer ein digitales PCM-Signal nc(k), das auf einer beliebigen Übertragungsstrecke übermittelt werden kann, solange diese eine Bandbreite von mindestens 6 kHz aufweist.At the "OFF" output, the encoder supplies a digital PCM signal n c (k), which can be transmitted on any transmission link as long as it has a bandwidth of at least 6 kHz.
Alternativ zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
kann anstelle des Eingangs der Schaltung der Ausgang des
Transformationsblocks 100 zusätzlich mit der Überlagerungseinrichtung
116 verbunden sein. In diesem Fall erfolgt eine
Überlagerung des spektralen Spreizungssignals und des spektralen
Audiosignals und anschließend die Rücktransformation
in den Zeitbereich.As an alternative to the exemplary embodiment described above
can the output of the
Transformation blocks 100 additionally with the
Nachfolgend wird eine Decodierschaltung beschrieben, die zum Decodieren eines nicht hörbar in einem Audiosignal enthaltenen Datensignals verwendet wird.Below is one Decoding circuit described that for decoding an inaudible in an audio signal contained data signal is used.
Der Decodierer umfaßt ein Mikrophon 400, das ein beispielsweise
von einem Rundfunkempfänger abgestrahltes Musiksignal
empfängt. Der Ausgang des Mikrophons 400 ist mit dem Eingang
eines Tiefpasses 402 verbunden, dessen Ausgang mit einem
Verstärker 404 mit automatischer Vertärkungssteuerung verbunden
ist. Der Ausgang des Verstärkers 404 ist mit einem
Analog/Digital-Wandler 406 verbunden. Der Ausgang des Analog/Digital-Wandler
406 ist mit dem Eingang eines nicht-rekursiven
Filters 408 (matched FIR-Filter) verbunden, dessen
Ausgang mit einem Eingang eines Bitsynchronisationssteuerungsblocks
410 verbunden ist. Der Ausgang des Blocks 410
ist mit dem Eingang eines Datendecodieres 412 verbunden. Am
Ausgang des Datendecodieres 412 liegt das decodierte Datensignal
vor.The decoder comprises a
Nachfolgend wird ein
Decodierer anhand der Fig. 4 beschrieben. Das vom
Rundfunkempfänger abgestrahlte Musiksignal nc(k) wird vom
Mikrophon 400 in elektrische Signale umgewandelt und dem
Tiefpaß 402 zugeführt. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses 402
ist so bemessen, daß die Frequenzanteile, in denen keine Daten
einmoduliert sind, stark gedämpft werden. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist die Grenzfrequenz gleich 6
kHz. Die Tiefpaßfilterung dient dazu, Überfaltungen zu vermeiden,
die durch das später stattfindende Abtasten des Signals
entstehen können.A decoder is described below with reference to FIG. 4. The music signal n c (k) emitted by the radio receiver is converted into electrical signals by the
Der Verstärker 404 mit automatischer Vertärkungssteuerung
(AGC = Automatic Gain Control) stellt eine konstante Momentanleistung
des Eingangssignals vor dem A/D-Wandler 406
sicher. Dies ist erforderlich, um kanalbedingte zeitweise
Dämpfungen ausgleichen zu können. Es wird darauf hingewiesen,
daß der Decodierer sowohl hardwaremäßig als auf softwaremäßig
realisierbar ist. Im Fall einer softwaremäßigen
Realisierung kann auf den Verstärker 404 verzichtet werden.The
Der A/D-Wandler führt eine Abtastung und Digitalisierung des Signals durch.The A / D converter scans and digitizes the Signal through.
Das angepaßte (matched) Filter 408 besteht aus einem FIR-Filter
bzw. einem nicht-rekursiven Filter. Das Filter 408
enthält als Koeffizienten die umgekehrte Folge der PN-Sequenz
des Senders. Die PN-Sequenz des Pseudorauschsignals
kann beispielsweise manchestercodiert sein. In diesem Fall
enthält das Filter 408 enthält als Koeffizienten die umgekehrte
manchestercodierte Folge der PN-Sequenz des Senders.
Somit erzeugt das Filter 408 bei maximaler Korrelation eine
Spitze am Ausgang, deren Vorzeichen dem übertragenen Symbol
entspricht. Der Filterausgang liefert also im Abstand der
Länge 2*N der PN-Sequenz Spitzen, die die übertragenen Daten
darstellen. Da die Spitzen nicht zu jeder Zeit eindeutig zu
bestimmen sind, ist dem Filter 408 der Bitsynchronisationssteuerungsblock
410 nachgeschaltet.The matched
Die Synchronisationssteuerung im Block 410 sucht im Ausgangssignal
des Filters 408 Spitzen, die sich eindeutig von
dem Rauschgrund abheben. Ist eine solche Spitze gefunden,
wird synchron zu der Länge der PN-Sequenz in den Ausgang des
Filters 408 hineingetastet, um die übertragenen Symbole
zurückzugewinnen. Erscheint während dieser Zeit eine eindeutige
Spitze, wird der Abtastzeitpunkt entsprechend korrigiert. The synchronization controller in
Der Ausgang des Blocks 410 liefert einen Bitstrom, der im
nachfolgenden Datendekodierer 412 bearbeitet wird. Dieser
Bitstrom stellt im Fall, daß am Eingang des Mikrophons 402
kein gültig codiertes Signal anliegt, eine zufällige Folge
von Bits dar. Ist der Dekodierer bitsynchronisiert, enthält
der Bitstrom die gesendeten Daten.The output of
Im Datendekodierer 412 erfolgt die Dekodierung des Nutzdatensignals
aus dem Bitstrom vom Block 410. Anhand der Fig. 5
wird nachfolgend der Datendekodierer näher beschrieben. Der
Datendekodierer 412 umfaßt einen Eingang EIN, der mit einem
Rahmensynchronisationsblock 502 und einem HDLC-Decodierblock
504 verbunden ist. Der Block 502 gibt ein Auslöse- bzw.
Triggersignal an den Block 504 aus. Der Ausgang des Blocks
504 ist mit dem Eingang eines Hamming-Fehlerkorrekturblocks
506 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Überprüfungssummenblocks
508 verbunden ist. Anschließend an den
Block 508 erfolgt eine Hammingdatenberechnung im Block 410.
Der Ausgang des Blocks 410 ist mit dem Ausgang AUS des Datendecodierers
412 verbunden, an dessen Ausgang das Datenwort
mit einer Länge von 11 Bits anliegt.The decoding of the useful data signal takes place in the data decoder 412
from the bit stream from
Der Rahmensynchronisationsblock 502 empfängt den Eingangsbitstrom
und sucht darin das Synchronisationswort 202. Ist es
gefunden, wird der HDLC-Decodierer 504 getriggert und die
Eingangsdaten entsprechend decodiert. Anschließend erfolgt
die Syndromberechnung und die Fehlerkorrektur durch den
Hammingcode. Über das bitfehlerkorrigierte 15-Bitwort wird
die Prüfsumme berechnet und mit den übertragenen Bits verglichen.
Sind alle diese Operationen erfolgreich, werden die
15 Bits mit dem Hammingcode decodiert und die 11 übertragenen
Datenbits aus dem Decodierer ausgegeben.
Es wird darauf hingewiesen, daß die im vorhergehenden beschriebenen Verfahren zum Codieren lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen, auf die die Erfindung nicht beschränkt ist. It should be noted that those described above Coding method only preferred embodiments of the present invention represent, to which the invention is not limited is.
Die wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Codierverfahrens zur Einbringung eines nicht hörbaren Datensignals in ein Audiosignal sind das Umwandeln des Audiosignals in den Spektralbereich, das Bestimmen der Maskierungsschwelle des Audiosignals, das Bereitstellen eines Pseudorauschsignals, das Bereitstellen des Datensignals, das Multiplizieren des Pseudorauschsignals mit dem Datensignal, um ein frequenzmäßig gespreiztes Datensignal zu schaffen, das Gewichten des gespreizten Datensignals mit der Maskierungsschwelle und das Überlagern des Audiosignals und des gewichteten Signals.The essential features of the coding method according to the invention for introducing an inaudible data signal into an audio signal are converting the audio signal into the Spectral range, determining the masking threshold of the Audio signal, providing a pseudo noise signal, providing the data signal, multiplying the Pseudo noise signal with the data signal to a frequency spread data signal to create the weighting of the spread data signal with the masking threshold and that Superimposing the audio signal and the weighted signal.
Die wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Decodieren eines nicht hörbar in einem Audiosignal enthaltenen Datensignals sind das Abtasten des Audiosignals, das nicht-rekursive Filtern des abgetasteten Audiosignals, und das Vergleichen des gefilteren Audiosignals mit einem Schwellenwert, um das Datensignal wiederzugewinnen.The essential features of the method according to the invention for decoding an inaudibly contained in an audio signal Data signal are sampling the audio signal, the non-recursive filtering of the sampled audio signal, and comparing the filtered audio signal to one Threshold to recover the data signal.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 ein System gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Zuhörerverteilung einzelner Radiostationen anhand eines Kennungssignals näher beschrieben. Das anhand der Fig. 6 beschriebene System verwendet zum Einbringen des Kennungssignals in das übertragene Audiosignal, das im vorhergehenden beschriebene Codierungsverfahren, und verwendet zum Decodieren des Signals aus dem empfangenen Audiosignal, das oben beschriebene Decodierverfahren.A system according to the present invention is described below with reference to FIG. 6 Invention for determining the distribution of listeners individual Radio stations described in more detail using an identification signal. The system described with reference to FIG. 6 is used for introducing the identification signal into the transmitted one Audio signal, the coding method described above, and used to decode the signal from the received audio signal, the decoding method described above.
Das anhand der Fig. 6 beschriebene System ermöglicht es, die Zuhörerverteilung der einzelnen Radiostationen zuverlässig zu ermitteln. Das System ist unabhängig von den verwendeten Empfangsgeräten, so daß den unterschiedlichen Hörgewohnheiten Rechnung getragen werden kann.The system described with reference to FIG. 6 enables the Reliable distribution of listeners to the individual radio stations to determine. The system is independent of the one used Receivers, so that the different listening habits Can be taken into account.
Die Rundfunkübertragung kann ebenfalls über unterschiedliche Medien erfolgen:
- FM (analog)
- Kabel (analog und digital)
- DAB (220 MHz terrestrisch; 1,5 GHz terrestrisch und satellitengestützt)
- ADR
- Analoge Satelliten Unterträger (Fernsehsatelliten)
- LW/MW/KW
- Fernsehton
- FM (analog)
- Cable (analog and digital)
- DAB (220 MHz terrestrial; 1.5 GHz terrestrial and satellite-based)
- ADR
- Analogue satellite subcarriers (television satellites)
- LW / MW / KW
- TV sound
Es ist landesspezifisch, welche Medien für eine Auswertung relevant sind, jedoch ermöglicht es das in Fig. 6 dargestellte System die oben aufgeführten Medien zu unterstützen. Die Erfassung der Hörer-Reichweite erfolgt in einem vorbestimmten Zeitabstand, der abhängig vom jeweiligen Einzelfall einstellbar ist. Gemäß einem Beispiel kann der Zeitabstand 10 Sekunden betragen. Ferner muß festgelegt werden, wie aktuell die Auswertung zu sein hat. Gemäß dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel eines Systems werden die Hörerdaten über Nacht erfaßt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es ausreichend sein, das Erfassungsgerät alle 4 Wochen zur Datenauswertung einzusenden.It is country-specific which media is used for an evaluation are relevant, but it enables that shown in FIG. 6 System to support the media listed above. The detection of the listener range takes place in a predetermined Time interval that depends on the individual case is adjustable. According to an example, the time interval 10 seconds. It must also be determined how current the evaluation has to be. According to that shown in Fig. 6 An example of a system is the handset data Night captured. In other embodiments, it may be sufficient the data acquisition device every 4 weeks send in.
Das System, wie es in Fig. 6 näher dargestellt ist, umfaßt ein Erfassungsgerät, das seitens der Hörer eine hohe Akzeptanz erreicht, um die Zuverlässigkeit der Datenerhebung sicherzustellen. Um eine möglichst umfassende Datenermittlung sicherzustellen, wird das Erfassungsgerät am Körper des Testhörers bzw. Probanden getragen, und es handelt sich hierbei um ein kleines Gerät mit ausreichender Batterieversorgung, wie beispielsweise durch Akkus, das im Design ansprechend und in der Handhabung einfach ist. Die Akkus werden in einer Lade- bzw Dockingstation nachgeladen. The system as shown in Fig. 6 includes a recording device that is highly accepted by the listeners achieved to ensure the reliability of data collection. To get the most comprehensive data possible ensure the acquisition device is on the body of the test handset or subjects, and this is about a small device with sufficient battery supply, such as batteries, which are attractive in design and is easy to use. The batteries are in reloaded with a charging or docking station.
Das erfindungsgemäße System ist in Fig. 6 in seiner Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 600 versehen. Das System 600 besteht
aus folgenden Komponenten. Ein Audiosignal wird in
einer Radiostation 602 erzeugt und mittels eines Kennungsgebers
604 mit einem Kennungssignal beaufschlagt. Die Beaufschlagung
des Audiosignals durch den Kennungsgeber 604 erfolgt
unter Verwendung des oben beschriebenen Codierverfahrens
zum Einbringen eines nicht hörbaren Datensignals in ein
Audiosignal. Das mit dem Kennungssignal beaufschlagte Audiosignal
wird an eine Antenne 606 weitergeleitet, die eine Abstrahlung
608 des Audiosignals bewirkt. Ein Rundfunkempfänger
610 bestehend aus einer Antenne 612, einem Empfängergerät
614 und zwei Lautsprechern 616 empfängt das abgestrahlte
Audiosignal. Das von der Antenne 612 empfangene Audiosignal
wird über den Empfänger 614 und die Lautsprecher 616 in ein
hörbares Audiosignal 618 umgewandelt, das von einem Erfassungsgerät
620 empfangen wird. Bei dem in Fig. 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Empfangsgerät 620 in der
Form einer Armbanduhr ausgestaltet. Das Erfassungsgerät 620
ist wirksam, um aus dem empfangenen Audiosignal 618 das Kennungssignal
herauszuziehen. Dies erfolgt mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Decodieren eines nicht hörbar in
einem Audiosignal enthaltenen Datensignals. Das Kennungssignal,
das von dem Empfangsgerät 620 bestimmt wird, wird in
dem Empfangsgerät zwischengespeichert. Eine sogenannte
Docking-Station 622 ist vorgesehen, um die Armbanduhr 620
beispielsweise während der Nacht aufzunehmen, um eine Übertragung
der gespeicherten Kennungsdaten zu bewirken. Die
Docking-Station 622 ist über eine Leitung 624 und eine entsprechende
Verbindungsstelle 626, an die auch noch ein Fernsprecher
628 anschließbar ist, mit einem Kommunikationsnetzwerk
630 verbunden, das bei einem Ausführungsbeispiel das
Telephonnetz ist. Über das Kommunikationsnetzwerk 630 werden
die von dem Empfangsgerät 620 gespeicherten Daten bzw. Kennungsdaten
an eine Zentrale 632 gesendet, die einen Rechner
634 aufweist, um die empfangenen Daten auszuwerten. Der
Rechner 634 ist über eine Leitung 636 mit einem Modem 638
verbunden, das seinerseits über eine Leitung 640 und eine
weitere Verbindungseinrichtung 642 mit dem Kommunikationsnetzwerk
630 verbunden ist.The system according to the invention is shown in its entirety in FIG. 6
provided with the
Mit dem in Fig. 6 dargestellten System ist es möglich, tagesaktuell die Hörerdaten von ausgewählten Radiostationen zuverlässig zu ermitteln, wobei die zeitliche Auflösung des Systems im Bereich weniger Sekunden liegt. Durch die wenig aufwendige Technik kann das System kostengünstig realisiert werden.With the system shown in Fig. 6, it is possible to be updated daily the listener data from selected radio stations to determine reliably, the temporal resolution of the Systems is in the range of a few seconds. By the little the system can be cost-effectively implemented using complex technology become.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 7 ein System gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Senderreichweite einer Radiostation anhand eines Kennungssignals näher beschrieben. Das anhand der Fig. 7 beschriebene System verwendet zum Einbringen des Kennungssignals in das übertragene Audiosignal, das im vorhergehenden beschriebene Codierungsverfahren, und verwendet zum Decodieren des Signals aus dem empfangenen Audiosignal, das oben beschriebene Decodierverfahren.A system according to the present invention is described below with reference to FIG. 7 Invention for determining the range of a transmitter Radio station described in more detail using an identification signal. The system described with reference to FIG. 7 is used for insertion the identification signal into the transmitted audio signal, the coding method described above, and used to decode the signal from the received audio signal, the decoding method described above.
Das erfindungsgemäße System ist in Fig. 7 in seiner Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 700 versehen. Bei dem System 700
wird ein Audiosignal in einer Radiostation 702 zum Beispiel
in einem Studio 704 erzeugt und mittels eines Kennungsgebers
bzw. Kodierers 706 mit einem Kennungssignal beaufschlagt.
Die Beaufschlagung des Audiosignals durch den Kennungsgeber
706 erfolgt unter Verwendung des oben beschriebenen Codierverfahrens
zum Einbringen eines nicht hörbaren Datensignals
in ein Audiosignal. Das mit dem Kennungssignal beaufschlagte
Audiosignal wird an eine Antenne 708 weitergeleitet, die
eine Abstrahlung 710 des Audiosignals bewirkt. Ein Rundfunkempfänger
712, beispielsweise ein Testempfänger, bestehend
aus einer Antenne 714 und einem Empfängergerät 716 empfängt
das abgestrahlte Audiosignal. Der in Fig. 7 dargestellte
Empfänger 716 dient lediglich dazu, das Audiosignal zu empfangen.
Da es bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich um
die Feststellung der Senderreichweite geht, kann auf eine
Wiedergabe des gesendeten Audiosignals verzichtet werden. The system according to the invention is shown in its entirety in FIG. 7
provided with the
Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, das zum Feststellen der Senderreichweite nicht nur ein begrenzter Bandbereich in dem Audiosignal zur Übertragung des Datensignals verwendet werden kann. Es ist möglich, die gesamte Bandbreite des gesendeten Audiosignals zu verwenden. Dadurch kann entweder die Dekodiersicherheit oder die übertragene Datenmenge gesteigert werden.An advantage of this procedure is that the Determining the transmitter range is not just a limited one Band area in the audio signal for transmission of the data signal can be used. It is possible the whole Bandwidth of the transmitted audio signal. Thereby can either the decoding security or the transmitted Amount of data can be increased.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Decodierer 718, der das Verfahren zum Decodieren ausführt,
durch einen Computer 720 gebildet, der das Verfahren soft-waretechnisch
realisiert. Wie in Fig.7 zu sehen ist, ist der
Empfänger 716 wirksam über eine Leitung oder ein Kabel 722
mit einer sogenannten Soundkarte 724 in dem Computer verbunden,
um eine Verarbeitung des Audiosignals durch den Computer
zu ermöglichen. Die Übertragung von dem Empfänger 712 zu
dem Decodierer 718 über die Leitung 722 erfolgt analog. Mit
anderen Worten wird das empfangene Audiosignal direkt vom
Empfänger 712 in den Decodierer 718 eingespeist.In the embodiment shown in Fig. 7 is the
Der Decodierer 718 ist über eine Leitung 724 mit einem Modem
728 verbunden, das seinerseits über eine weitere Leitung 730
mit einer entsprechenden Verbindungsstelle 732 verbunden
ist. Die Verbindungsstelle 732 ist mit einem Kommunikationsnetzwerk
734, beispielsweise mit einem Fernsprechnetz, verbunden.
Über das Kommunikationsnetzwerk 734 werden die aus
dem Datensignal erfaßten Daten bzw. Kennungsdaten an eine
Zentrale 736 gesendet, die einen Rechner 738 aufweist, um
die empfangenen Daten auszuwerten. Der Rechner 738 ist über
eine Leitung 740 mit einem Modem 742 verbunden, das seinerseits
mit dem Kommunikationsnetzwerk 734 verbunden ist.
Anhand der Fig. 8 wird nachfolgend ein System zum Kennzeichnen von Audiosignalen beschrieben, das dazu dient, Tonträger und Kopien von Tonträgern anhand des in das Audiosignals eingebrachten Kennungssignals zu identifizieren. Der Vorteil besteht darin, daß dadurch ermöglicht wird, eventuelle Raubkopien ohne weiteres zu identifizieren, da jeder einzelne Tonträger mit einer individuellen Kennung ab Werk versehen ist.A system for labeling is described below with reference to FIG. 8 described by audio signals, which is used for sound carriers and copies of sound carriers based on the in the audio signal identify the introduced identification signal. The advantage is that it enables possible pirated copies easily identified since every single one Provide the sound carrier with an individual identifier from the factory is.
In Fig. 8a ist schematisch die Herstellung eines Tonträgers,
wie zum Beispiel einer Compact Disk "CD", in einem Presswerk
800 dargestellt. Das Presswerk 800 umfaßt eine Abspielvorrichtung
802, in der ein Masterband läuft, das die auf eine
CD aufzubringenden Audiosignale enthält. Die CD wird in
einem Preßwerk 804 gepreßt. Zwischen Preßwerk 804 und
Abspielvorrichtung 802 ist ein Codierer 806 angeordnet.
Durch den Codierer wird jeder CD ein Kennungssignal zugeordnet,
das in das Audiosignal eingebracht wird. Die Codierung
erfolgt gemäß dem oben beschriebenen Codierverfahren.
Um die Erzeugung individueller Kennungssignale für einzelne
CDs sicherzustellen, ist dem Codierer 806 ein Zähler zugeordnet,
der beispielsweise fortlaufende Identifikationsnummern
als Kennungssignal bereitstellt, das in das Audiosignal
eingebracht wird.8a schematically shows the production of a sound carrier,
such as a compact disc "CD" in a
Anhand der Fig. 8b wird die Wirkungsweise der Kennungen auf
einzelnen CDs näher erläutert. Eine CD 808, die mit einer
individuellen Kennung versehen ist, wird mehrmals kopiert,
wie dies durch die schematisch dargestellten Abspielgeräte
810 angedeutet ist. Die Kopien können sowohl analog als auch
digital erstellt werden.The mode of operation of the identifiers is shown in FIG. 8b
individual CDs explained in more detail. A
Nach dem die Kennung in dem Audiosignal eingebaut ist, wird
diese auch bei einer Übertragung des Audiosignals in Form
eine Tondatei (Soundfile) über das Internet beibehalten, wie
die in Fig. 8 durch das Bezugszeichen 812 angedeutet ist.
Auf diese Weise können Rückschlüsse auf die Sounddatei auf
dem Tonträger vorgenommen werden.After the identifier is built into the audio signal,
this also in the form of a transmission of the audio signal
maintain a sound file over the Internet, such as
which is indicated in Fig. 8 by the
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 9 beschrieben. In Fig. 9 ist ein System zur Fernsteuerung von Audiogeräten dargestellt, das die erfindungsgemäßen Verfahren zum Codieren und Decodieren verwendet. Another exemplary embodiment is described below with reference to FIG Fig. 9 described. In Fig. 9 is a system for remote control represented by audio devices that the invention Methods of coding and decoding are used.
Das erfindungsgemäße System ist in Fig. 9 in seiner Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 900 versehen. Bei dem System 900
wird ein Audiosignal in einer Radiostation 902 zum Beispiel
in einem Studio 904 erzeugt. Mittels eines Kodierers 706
wird ein Datensignal bzw. Steuerungssignal in das Audiosignal
eingebracht. Die Beaufschlagung des Audiosignals durch
den Kodierer 906 erfolgt unter Verwendung des oben beschriebenen
Codierverfahrens zum Einbringen eines nicht hörbaren
Datensignals in ein Audiosignal. Das mit dem Signal beaufschlagte
Audiosignal wird an eine Antenne 908 weitergeleitet,
die eine Abstrahlung 910 des Audiosignals bewirkt. Ein
Empfänger 912, bestehend aus einer Antenne 914 und einem
Empfängergerät 916 empfängt das abgestrahlte Audiosignal. In
dem Empfänger 916 ist ein Decodierer vorgesehen, der das in
dem Audiosignal enthaltene Datensignal gemäß dem oben beschriebenen
Decodierverfahren herauszieht. Der Empfänger ist
derart aufgebaut, daß er auf das Datensignal reagiert, um
beispielsweise die Aufzeichnung eines Musikprogramms eines
Radiosenders zu beginnen. Aufgrund des aus dem Audiosignal
herausgezogenen Datensignals bewirkt der Empfänger, daß ein
Aufnahmegerät 918 aktiviert wird, mit dem das gesendete
Audiosignal aufgezeichnet wird. Hierdurch wird für Radios ein
System geschaffen, das ein Verfahren bereitstellt, das mit dem
"VPS"-Verfahren beim Fernsehen vergleichbar ist.The system according to the invention is shown in its entirety in FIG. 9
provided with the
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein System geschaffen, daß einen parallel zum Audiosignal arbeitenden Datenkanal in Audiogeräten, die digitale Daten verarbeiten, bereitstellt. Dieser Datenkanal hat eine niedrige Bitrate, in den Informationen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren eingebracht werden, und gemäß dem oben beschriebenen Decodierverfahren herausgezogen werden.According to a further exemplary embodiment of the present Invention, a system is created that a parallel to Audio signal working data channel in audio devices that process, provide digital data. This data channel has a low bit rate, in the information according to the methods described above are introduced, and according to pulled out the decoding method described above become.
Es wird darauf hingewiesen, daß der im vorhergehenden beschriebene Codierer und Decodierer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele sind. Die wesentlichen Merkmale des Codierers zur Einbringung eines nicht hörbaren Datensignals in ein Audiosignal sind das Umwandeln des Audiosignals in den Spektralbereich, das Bestimmen der Maskierungsschwelle des Audiosignals, das Bereitstellen eines Pseudorauschsignals, das Bereitstellen des Datensignals, das Multiplizieren des Pseudorauschsignals mit dem Datensignal, um ein frequenzmäßig gespreiztes Datensignal zu schaffen, das Gewichten des gespreizten Datensignals mit der Maskierungsschwelle und das Überlagern des Audiosignals und des gewichteten Signals.It should be noted that the one described above Encoders and decoders only preferred Embodiments are. The main features of the Encoder for the introduction of an inaudible data signal into an audio signal are converting the audio signal into the spectral range, determining the masking threshold the audio signal, the provision of a pseudo noise signal, providing the data signal, multiplying of the pseudo noise signal with the data signal to a frequency spread data signal to create the weighting of the spread data signal with the masking threshold and superimposing the audio signal and the weighted signal.
Die wesentlichen Merkmale des Decodierers zum Herausziehen nicht hörbar in einem Audiosignal enthaltenen Datensignals sind das Abtasten des Audiosignals, das nicht-rekursive Filtern des abgetasteten Audiosignals, und das Vergleichen des gefilteren Audiosignals mit einem Schwellenwert, um das Datensignal wiederzugewinnen.The main features of the pull-out decoder inaudible data signal contained in an audio signal are the sampling of the audio signal, the non-recursive Filtering the sampled audio signal, and comparing of the filtered audio signal with a threshold around which Recover data signal.
Claims (37)
- A coding method for introducing a non-audible data signal (x(n)) into an audio signal (n(k)), said method comprising the following steps:a) transforming (100) the audio signal (n(k)) to the spectral range;b) determining (102) the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;c) providing (106) a pseudo-noise signal (g(l));d) providing (104) the data signal (x(n));e) multiplying (108) the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;f) weighting (112) the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;g) transforming (114) the weighted data signal to the time domain; andh) superimposing (112) the audio signal and the weighted signal.
- A coding method for introducing a non-audible data signal (x(n)) into an audio signal (n(k)), said method comprising the following steps:a) transforming (100) the audio signal (n(k)) to the spectral range;b) determining (102) the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;c) providing (106) a pseudo-noise signal (g(l));d) providing (104) the data signal (x(n));e) multiplying (108) the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;f) weighting (112) the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;g) superimposing the audio signal and the weighted signal in the spectral range; andh) transforming the weighted data signal to the time domain.
- The coding method of claim 1 or 2, wherein step a) includes applying a fast Fourier transform to the audio signal (n(k)).
- The coding method of any of claims 1 to 3, wherein step b) includes the following steps:b1) splitting the spectrum of the audio signal into critical bands (z);b2) determining the energy in each critical band;b3) calculating the spread function for each critical band;b4) convolution of the spread waveforms of all critical bands with the band energies for obtaining the waveform of the excitation;b5) determining the non-predictability of the signal;b6) convolution of the non-predictability with the spread function to obtain a measure for the tonality;b7) calculating the masking measure on the basis of the tonality; andb8) calculating the masking threshold on the basis of the excitation in consideration of the masking measure.
- The coding method of any of claims 1 to 3, wherein step b) comprises the following steps:b1) splitting the spectrum of the audio signal into critical bands (z);b2) determining the energy in each critical band; andb3) determining the masking threshold on the basis of the band energies in consideration of the masking measure for tonal masking.
- The coding method of any of claims 1 to 5, wherein the pseudo-noise signal (g(l)) has a bandwidth of 6 kHz.
- The coding method of any of claims 1 to 6, wherein the data signal (x(n)) has a bandwidth of 50 Hz.
- The coding method of any of claims 1 to 7, wherein the data signal (x(n)) is channel-coded by a block code.
- The coding method of any of claims 1 to 8, wherein prior to step e) the pseudo-noise signal (g(l)) and the data signal (x(n)) are converted to antipodal signals.
- The coding method of any of claims 1 to 9, wherein step e) comprises the following steps:e1) BPSK baseband modulation of the data signal (x(n)) with the pseudo-noise signal (g(l));e2) BPSK modulation of the modulated signal from step e1) with a carrier signal having a frequency in the range of the audible audio spectrum; ande3) transforming the modulated signal of step e2) to the spectral range.
- The coding method of claim 10, wherein the carrier signal is cosinusoidal and has a frequency of 3 kHz.
- The coding method of claim 10, wherein step e1) is realized by Manchester coding of the pseudo-noise signal.
- The coding method of claim 1 or 2, wherein the retransformation (114) to the time domain is effected by a fast Fourier transform.
- A coder for introducing a non-audible data signal (x(n)) into an audio signal (n(k)), comprisinga means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;a means (114) for transforming the weighted signal to the time domain; anda means (116) for superimposing the audio signal and the weighted data signal.
- A coder for introducing a non-audible data signal (x(n)) into an audio signal (n(k)), comprisinga means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;a means for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; anda means for transforming the weighted signal to the time domain.
- The coder of claims 14 or 15, in which the means (100) for transforming the audio signal performs a fast Fourier transform.
- The coder of any of claims 14 to 16, in which the means for determining the masking threshold comprises the following features:a means for splitting the spectrum of the audio signal into critical bands (z);a means for determining the energy in each critical band;a means for calculating the spread function for each critical band;a means for convolution of the spread waveforms of all critical bands with the band energies for obtaining the waveform of the excitation;a means for determining the non-predictability of the signal;a means for determining the masking measure on the basis of the tonality; anda means for calculating the masking threshold on the basis of the excitation in consideration of the masking measure ascertained.
- The coder of any of claims 14 to 16, in which the means for determining the masking threshold comprises the following features:a means for splitting the spectrum of the audio signal into critical bands (z);a means for determining the energy in each critical band;a means for determining the masking threshold on the basis of the band energies in consideration of the masking measure for tonal masking.
- The coder of any of claims 14 to 18, wherein the pseudo-noise signal (g(l)) has a bandwidth of 6 kHz.
- The coder of any of claims 14 to 19, wherein the data signal (x(n)) has a bandwidth of 50 Hz.
- The coder of any of claims 14 to 20, comprising a means (105) for channel-coding the data signal by a block code.
- The coder of any of claims 14 to 21, comprising a means which prior to multiplication of the pseudo-noise signal by the data signal converts the pseudo-noise signal and the data signal to antipodal signals.
- The coder of any of claims 14 to 22, in which the means for multiplying the pseudo-noise signal by the data signaleffects a BPSK baseband modulation of the data signal with the pseudo-noise signal;effects a BPSK modulation of the modulated signal with a carrier signal having a frequency in the range of the audible audio spectrum; andtransforms the modulated signal to the spectral range.
- The coder of claim 23, in which the carrier signal is cosinusoidal and has a frequency of 3 kHz.
- The coder of claim 23, in which the means (108) for multiplying of the pseudo-noise signal by the data signal uses Manchester coding of the pseudo-noise signal.
- The coder of claims 14 or 15, in which said means (114) effects retransformation to the time domain by a fast Fourier transform.
- An apparatus (600) for determining the listener distribution of individual radio stations by way of an identification signal, comprising:
a coder (604) which introduces the identification signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;a means (114) for transforming the weighted data signal to the time domain; anda means (116) for superimposing the audio signal and the weighted data signal; - An apparatus (600) for determining the listener distribution of individual radio stations (602) by way of an identification signal, comprising:
a coder (604) which introduces the identification signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;a means for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; anda means for transforming the superimposed signal to the time domain; - An apparatus (700) for determining the transmitter reach of a radio station (702) by way of an identification signal, comprising
a coder (702) which introduces the identification signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;a means (114) for transforming the weighted signal to the time domain; anda means (116) for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; - An apparatus (700) for determining the transmitter reach of a radio station (702) by way of an identification signal, comprising
a coder (704) which introduces the identification signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;a means for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; anda means for transforming the superimposed signal to the time domain; - An apparatus (800) for identifying audio signals with an unequivocal identification number for identifying the sources of copies of sound carriers (808), comprising:
a coder (806) which introduces the identification signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;a means (114) for transforming the weighted signal to the time domain; anda means (116) for superimposing the audio signal and the weighted data signal; - An apparatus (800) for identifying audio signals with an unequivocal identification number for identifying the sources of copies of sound carriers (808), comprising
a coder (806) which introduces the identification signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;a means for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; anda means for transforming the superimposed signal to the time domain; - An apparatus (900) for the remote control of audio apparatus (916, 918) by way of a control signal, comprising:
a coder (906) which introduces the control signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;a means (114) for transforming the weighted signal to the time domain; anda means (116) for superimposing the audio signal and the weighted data signal; - An apparatus (900) for the remote control of audio apparatus (916, 918) by means of a control signal, comprising
a coder (906) which introduces the control signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;a means for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; anda means for transforming the superimposed signal to the time domain; - An apparatus (900) for the remote control of audio apparatus by means of a control signal, according to claim 33 or 34, characterized in that recording of an audio signal in a recording apparatus is started and/or terminated by the control signal.
- An apparatus for providing a data channel of low bit rate in digitally operating audio apparatus, said data channel operating in parallel to the audio signal, comprising
a coder which introduces an information signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the spectrum of the masking threshold;a means (114) for transforming the superimposed signal to the time domain; anda means (116) for superimposing the audio signal and the weighted data signal; - An apparatus for providing a data channel of low bit rate in digitally processing audio apparatus, said data channel operating in parallel to the audio signal, comprising
a coder which introduces an information signal into the audio signal and has the following features:a means (100) for transforming the audio signal (n(k)) to the spectral range;a means (102) for determining the spectrum of the masking threshold (W(·)) exclusively on the basis of the audio signal;a pseudo-noise signal source (106);a data signal source (104);a means (108) for multiplying the pseudo-noise signal (g(l)) by the data signal (x(n)) so as to provide a frequency-spread data signal;a means (112) for weighting the spectrum of the spread data signal with the masking threshold;a means for superimposing the audio signal and the weighted data signal in the spectral range; anda means for transforming the superimposed signal to the time domain;
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