ES2270516T3 - Aparato y metodo para incorporar y extraer informacion en señales analogicas utilizando caracteristicas distribuidas de señales. - Google Patents

Abstract

Un método para incorporar un símbolo de información en una señal de cubierta analógica (2), que comprende los pasos de: seleccionar una característica de señal distribuida de dicha señal de cubierta; calcular un valor de dicha señal de cubierta seleccionada de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende los pasos de: comparar el valor de la característica de señal distribuida calculado con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados, y determinar un valor de cuantificación fijado como objetivo que corresponda al símbolo de información a ser incorporado; calcular la cantidad de cambio requerida en la señal de cubierta para modificar dicha característica de señal distribuida calculada para dicho valor de cuantificación fijado como objetivo; y modificar dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad calculada de cambio, generando para ello una versión modificada (8; 8a)de dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad calculada de cambio e incorporar dicha versión modificada de dicha señal de cubierta en la señal de cubierta original para proporcionar una señal de cubierta modificada (4; 4a) que tenga dicho símbolo de información incorporado en la misma.

Description

Aparato y método para incorporar y extraer información en señales analógicas utilizando características distribuidas de señales.

Antecedentes del invento Campo del invento

Este invento se refiere a un aparato y a métodos para codificar y descodificar información en señales analógicas, tales como señales de audio, de vídeo y de datos, ya sea transmitidas por transmisión por ondas de radio o ya sea por transmisión por cable, o bien almacenadas en un medio de registro, tal como en discos ópticos o magnéticos, en cinta magnética, en memorias de estado sólido.

Antecedentes y descripción de la técnica asociada

Un área de particular interés para ciertas realizaciones del presente invento se refiere al mercado para registros musicales. Actualmente, un gran número de personas oyen registros musicales por radio o por televisión. Frecuentemente oyen un registro que les gustaría comprar, pero no conocen el nombre de la canción, el del artista que la interpreta, ni el del disco, la cinta o el álbum de CD del cual forme parte. Como resultado, el número de registros que compran las personas es menor que el que en otro caso sería si las personas dispusieran de un medio sencillo para identificar cuál de los registros que oyen en la radio o en la TV desean comprar.

Otra área de interés para ciertas realizaciones del invento es la del control de las copias. Hay actualmente un gran mercado para productos de software de audio, tales como los registros musicales. Uno de los problemas de este mercado es el de la facilidad con que se pueden copiar tales productos sin pagar a los que los producen. Este problema es particularmente grave con el advenimiento de las técnicas de registro tales como las de cinta de audio digital (DAT), que hacen posible obtener copias de muy alta calidad. Sería por tanto deseable desarrollar un esquema que pudiera impedir la copia no autorizada de registros de audio, incluyendo la copia no autorizada de producciones de audio difundidas por las ondas en el aire. Es también deseable, para reforzar los derechos de propiedad, poder insertar en el material del programa, tal como el de las señales digitales de audio o de vídeo, información sobre los derechos de propiedad en la que se identifique al poseedor de los derechos de propiedad, cuya información pueda ser detectada mediante un aparato apropiado para identificar al propietario de los derechos de propiedad del programa, al tiempo que siga siendo imperceptible para el oyente o el teleespectador.

Son conocidos en la técnica anterior varios métodos para codificar información adicional en una señal fuente. Por ejemplo, es conocido modular por anchura de impulsos una señal para proporcionar una señal común o codificada que lleve al menos dos partes de información, u otras partes útiles. En la Patente de EE.UU. Nº 4.497.060, concedida a Yang (1985), se transmiten datos binarios como una señal que tiene dos anchuras de impulso diferentes para representar el "0" y el "1" lógicos (por ejemplo, las duraciones de las anchuras de los impulsos para un "1" son de doble duración que para un "0"). Esta correspondencia hace también posible determinar una señal de sincronización.

En la Patente de EE.UU. Nº 4.937.807, concedida a Weitz y otros (1990), se exponen un método y un aparato para codificar señales para producir transmisiones de sonido con información digital, para hacer posible dirigirse por su dirección a la representación almacenada de tales señales. Concretamente, el aparato de la Patente de Weitz y otros convierte una señal analógica para producir tales transmisiones de sonido en señales digitales sincronizadas que compren-
den, para cada canal, una corriente de datos de audio, una corriente de datos de progresión, y una corriente de énfasis.

Con respecto a los sistemas en los cuales las señales de audio producen transmisiones de audio, en las Patentes de EE.UU. Nº 4.876.617, concedida a Best y otros (1989) y Nº 5.193.437, concedida a Best y otros (1992) se describen codificadores para formar muescas relativamente delgadas y de poca profundidad, por ejemplo, de una anchura de 150 Hz y de una profundidad de 50 dB en las frecuencias de rango media de una señal de audio. En la primera de esas Patentes se describen filtros de muesca emparejados centrados alrededor de las frecuencias de 2883 Hz y de 3417 Hz. En la última Patente se describen filtros de muesca pero con pares de frecuencias que varían aleatoriamente, para dificultar el borrado o para inhibir el filtrado de la información añadida a las muescas. Los codificadores añaden después información digital en forma de señales que indican en la frecuencia más baja un "0", y en la frecuencia más alta un "1". En la última Patente de Best y otros, un codificador muestrea la señal de audio, retarda la señal mientras calcula el nivel de la señal, y determina durante el retardo si añade, o no, la señal de datos y, si lo hace así, a qué nivel de la señal. En la última Patente de Best y otros, también se hace notar que el "modo seudo aleatorio" de mover las muescas hace que las señales de datos sean de más difícil detección audible.

Siguiendo otras técnicas anteriores, se emplea el modelo psicoacústico de percepción del hombre, característico para insertar tonos modulados, o no modulados, en una señal binaria, de tal modo que resulten enmascarados por las componentes de la señal existentes y que por consiguiente no sean percibidos. Véanse, por ejemplo, la Patente de EE.UU. Nº 5.319.735, de Preuss y otros, y la Patente de EE.UU. Nº 5.450.490, de Jensen y otros. Tales técnicas son muy costosas y de complicada ejecución, al tiempo que adolecen de una falta de robustez en cuanto a las distorsiones de la señal impuestas por los esquemas de compresión basada en la percepción diseñados para eliminar las componentes enmascaradas de la señal.

Con la técnica anterior no se ha logrado proporcionar un método y un aparato para codificar y descodificar señales de información analógicas o digitales auxiliares sobre señales analógicas de la frecuencia de audio o de vídeo para producir transmisiones recibidas por los humanos (es decir, sonidos o imágenes), de tal modo que las señales de frecuencias de audio o de vídeo produzcan una transmisión percibida por los humanos sustancialmente idéntica tanto antes como después de codificar con las señales auxiliares. Con la técnica anterior tampoco se ha conseguido proporcionar un aparato y métodos relativamente sencillos para codificar y descodificar señales de las frecuencias de audio o de vídeo para producir transmisiones de audio percibidas por los humanos con señales que definan información digital. En la técnica anterior tampoco se ha dado a conocer un método y un aparato para limitar la copia no autorizada de las señales de frecuencias de audio o de vídeo para producir transmisiones de audio percibidas por los humanos.

En el documento GB-A-2292506 se describe un método de la técnica anterior para añadir un mensaje codificado a una señal de sonido. El preámbulo a las reivindicaciones independientes está basado en ese documento. En el documento US-A-4972471 se describe otro sistema de codificación de la técnica anterior.

Sumario del invento

El presente invento proporciona un aparato y métodos para incorporar o codificar, y extraer o descodificar, información digitalizada en una señal primaria o de cubierta analógica, de modo que con ello se produzca un mínimo impacto en la percepción de la información fuente cuando se aplique la señal analógica a un dispositivo de salida apropiado, tal como un altavoz, un monitor de presentación, u otro dispositivo eléctrico/electrónico.

El presente invento proporciona además un aparato y métodos para incorporar y extraer señales legibles por la máquina en (o de) una señal de cubierta analógica, que puedan controlar la capacidad de un dispositivo para copiar la señal de cubierta.

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento, se proporciona un método para incorporar un símbolo de información en una señal de cubierta analógica, que comprende los pasos de:

seleccionar una característica de señal distribuida de dicha señal de cubierta;

calcular un valor de la característica de la señal distribuida seleccionada de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende los pasos de:

comparar el valor de la característica de la señal distribuida calculada con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados y determinar un valor de cuantificación fijado como objetivo que corresponde al símbolo de información que haya de ser incorporado;

calcular la cantidad de cambio requerida en la señal de cubierta para modificar dicha característica de la señal distribuida calculada para dicho valor de cuantificación fijado como objetivo, y

modificar dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad calculada de cambio, generando para ello una versión modificada de dicha señal de cubierta, de acuerdo con dicha cantidad calculada de cambio, e incorporar dicha versión modificada de dicha señal de cubierta en la señal de cubierta original, para proporcionar una señal de cubierta modificada que tenga dicho símbolo de información incorporado en la misma.

De acuerdo con un segundo aspecto del presente invento, se proporciona un método para extraer un símbolo de información incorporado en una señal de cubierta analógica, que comprende los pasos de:

calcular un valor de la característica de señal distribuida de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y que se caracteriza porque comprende los pasos de:

comparar el valor de la característica de la señal distribuida con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados, y determinar qué valor de cuantificación corresponde al valor de la característica de la señal calculado; y

convertir dicho valor de cuantificación determinado en el símbolo de información contenido en dicha señal de cubierta y dar salida a dicho símbolo de información.

El presente invento proporciona además un aparato para incorporar información de acuerdo con el método anterior, y un aparato para extraer la información incorporada de la señal de cubierta.

En resumen, según el presente invento se codifica o se incorpora una señal de datos en una señal primaria o de cubierta analógica, modulando para ello la señal primaria o de cubierta de modo que se modifique una característica distribuida de la señal dentro de la región previamente definida. La característica distribuida de la señal primaria se modifica para un valor de cuantificación previamente definido que corresponde a un símbolo de información o dígito binario de la señal de datos a ser incorporada. A continuación, se recupera la señal de datos incorporada, detectando para ello los valores de la característica distribuida modificados y correlacionando los valores detectados con la relación previamente definida entre símbolos de datos y valores de la característica distribuida cuantificados.

La denominación de "señal de cubierta", tal como aquí se usa en lo que sigue, se refiere a una señal primaria o fuente, tal como una señal de audio, de vídeo, u otra de información, que lleve o esté destinada a llevar datos digitalizados incorporados u ocultos. Las denominaciones "característica distribuida" o "característica de la señal", tal como aquí se usan en lo que sigue, se refieren a un valor escalar obtenido mediante el procesado de los valores de la señal de cubierta en la totalidad de las regiones dentro de los dominios (es decir, de tiempo, de frecuencia y/o de espacio) en donde se aplique la modulación para incorporar los datos. Una propiedad deseable para tal procesado es la de que los cambios aleatorios en las magnitudes de las señales originados por ruidos u otras distorsiones de la señal, produzcan un mínimo efecto en el valor de la característica de la señal, pero que el efecto combinado de la modulación de magnitudes de la señal para incorporación de datos digitalizados en una región previamente definida produzca un cambio mensurable en el valor de la característica.

Breve descripción de los dibujos

Estos y otros aspectos del presente invento se podrán comprender más a fondo a la vista de la descripción detallada que sigue de las realizaciones preferidas, conjuntamente con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Fig. 1 es un diagrama bloque de un proceso de codificación y descodificación de una señal de información auxiliar, de acuerdo con una primera realización del presente invento;

La Fig. 2 es un diagrama bloque de una realización del codificador 10 de la Fig. 1;

La Fig. 3 es un diagrama bloque de una realización del generador 11 de la señal que modifica la primaria de la Fig. 2;

La Fig. 4 es un diagrama bloque de una realización del generador 111 de la componente de la señal que modifica la primaria de la Fig. 3;

La Fig. 5 es un diagrama bloque de un generador de señal que modifica la primaria alternativo, de acuerdo con la primera realización del presente invento,

La Fig. 6 es un diagrama bloque de una realización del descodificador 20 de la Fig. 1;

La Fig. 7 es un diagrama bloque del generador 21 de autocorrelación a corto plazo de acuerdo con la primera realización del presente invento:

La Fig. 8 es un diagrama bloque de un descodificador alternativo 20 de la Fig. 1, de acuerdo con la primera realización del presente invento;

La Fig. 9 es un diagrama bloque de un circuito para incorporar y extraer una señal de datos de acuerdo con una segunda realización del presente invento;

La Fig. 10 es un diagrama bloque de una realización del incorporador 10a de la Fig. 9;

La Fig. 11 es un diagrama bloque de una realización de un generador 11a de señal incorporada de la Fig. 10;

La Fig. 12 es un diagrama bloque de una realización del extractor 20a de señal de datos de la Fig. 9; y

La Fig. 13 es una tabla en la que se ilustra un ejemplo de las especificaciones de la clave de cubierta superpuesta ("stego") usada para incorporar y extraer datos digitales en (o de) una señal de audio, de acuerdo con la segunda realización del invento.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

El presente invento se refiere a un método y un aparato para incorporar información o datos en una señal de cubierta, tal como en una señal de audio, en una señal de vídeo, o en otra señal analógica, modulando para ello, o cambiando, el valor de una característica distribuida de la señal de cubierta en una región seleccionada del dominio de la frecuencia, del tiempo, y/o del espacio, de la señal de cubierta. La información o los datos que hayan de ser codificados es, preferiblemente, una señal digital o digitalizada. El invento ejecutarse en una serie de formas diferentes, ya sea mediante programación de software de un procesador digital, en forma de circuitos integrados de señales analógicas, digitales o mixtas, como un dispositivo electrónico de componentes individualizadas, o bien una combinación de tales formas de ejecución.

De acuerdo con una primera realización preferida del invento, se proporcionan un método y un aparato para codificar información auxiliar en una señal primaria o fuente, tal como en una señal de audio, en una señal de vídeo, o en otra señal de datos, modulando para ello o cambiando la función de autocorrelación a corto plazo de la señal primaria como una función de la información auxiliar en el tiempo, en uno o más retardos de autocorrelación seleccionados. La información auxiliar puede ser una señal analógica o digital. La función de autocorrelación a corto plazo se obtiene multiplicando para ello una señal por una versión retardada de sí misma, e integrando el producto sobre un intervalo de integración previamente definido.

La función de autocorrelación a corto plazo se modula o se cambia añadiendo para ello a la señal primaria una señal de modificación de la primaria que tiene una correlación positiva o negativa con la señal primaria original. La señal que se incorpora es, preferiblemente, una versión atenuada de modo controlable de la señal primaria que ha sido retardada o hecha avanzar (para los fines de este invento, un avance será considerado como un retardo negativo) de acuerdo con el retardo de autocorrelación seleccionado.

La función de autocorrelación puede modularse usando la señal primaria entera, o bien solamente una parte de ella. En la realización preferida, se eligen bandas de frecuencia, regiones temporales y/o espaciales de la señal primaria, de modo que se reduzca al mínimo la perturbación de la señal primaria en cuanto afecta a la percepción de la salida de la señal (es decir, a la calidad del audio o del vídeo).

Se pueden añadir a la señal primaria múltiples componentes de señal que modifiquen la primaria, en la misma o en diferentes bandas de frecuencia y regiones temporal y/o espacial, generando para ello componentes de la señal que modifica la primaria con diferentes retardos de autocorrelación. Las múltiples componentes de la señal que modifican la primaria pueden representar diferente información auxiliar, para aumentar la salida de información auxiliar total, o bien pueden representar la misma información auxiliar para aumentar la robustez o la seguridad de la transmisión de la señal de información auxiliar.

La seguridad se aumenta manteniendo para ello confidencial la información relativa a parámetros específicos de la señal que modifica a la primaria, la cual sería conocida únicamente por el codificador y el descodificador del sistema. Las componentes de la señal que modifica la primaria pueden también tener retardos de autocorrelación que varíen en el tiempo de acuerdo con una secuencia o patrón predeterminado, al que se hace aquí referencia como a un "patrón de variación por saltos de retardo".

Primera realización

Con referencia ahora a los dibujos, en la Fig. 1 se ha representado un diagrama bloque del sistema general de acuerdo con una primera realización del invento. El sistema comprende un codificador 10 para codificar una señal primaria 2 (tal como una señal de audio, o de un programa de vídeo o una señal fuente) con una señal de información auxiliar 6, para producir una señal codificada 4. La señal codificada 4 puede ser transmitida por un medio de comunicación, canal o línea, o bien puede ser almacenada en un medio de almacenamiento tal como en una cinta magnética, en una memoria óptica, en una memoria de estado sólido, o en una memoria electromagnética, y también puede ser además procesada tal como por filtrado, por control de ganancia de adaptación, o por otras técnicas de procesado de señales, sin que se perjudique no se degrade la información auxiliar codificada. La señal codificada 4 se descodifica después en un descodificador 20 para recuperar la señal de información auxiliar 6.

En la Fig. 2 se ha representado un detalle de una primera forma de ejecución del codificador 10 de la primera realización en la cual se modifica la señal primaria mediante una sola señal de modificación de la primaria 8, producida por un generador 11 de señal de modificación de la primaria, el cual recibe la señal primaria 2 y la señal de información auxiliar 6. La señal de modificación de la primaria se añade a la señal primaria en una sumadora 14, para proporcionar la señal codificada 4.

La señal de modificación de la primaria se obtiene como se ha representado en la Fig. 3, en la cual se ha ilustrado una realización del generador 11 de la señal de modificación de la primaria. En esta realización, la señal primaria 2 es filtrada y/o enmascarada mediante un filtro/máscara 110. El filtro/máscara 110 modifica la frecuencia, el período o el contenido espacial de la señal primaria, de tal manera que origine una mínima perturbación en las características de la salida de la señal primaria cuando se aplique a un dispositivo de salida tal como un altavoz o un monitor de vídeo. Es también posible que el filtro/máscara pase la señal primaria sin cambiarla, en cuyo caso la señal filtrada/enmascarada 3 sería igual a la señal primaria 2. Después se da entrada de la señal 3 a un generador 111 de componentes de la señal que modifica la primaria, en donde se modifica de acuerdo con una señal de información auxiliar de entrada 6, para producir una señal de modificación de la primaria 8. Los detalles del generador 111 de componentes de la señal de modificación de la primaria se han representado en la Fig. 4.

Como se ha ilustrado, se da entrada de la señal primaria filtrada 3 a un circuito de retardo/avance 1110 para producir una señal retardada/avanzada 3a. También se da entrada de la señal 3 a un calculador de la ganancia 1112 juntamente con la señal de información auxiliar 6. La finalidad del calculador de la ganancia 1112 es calcular la ganancia del circuito 1113 de atenuación o de ganancia variable que haya de ser aplicada a la señal retardada 3a con objeto de obtener la señal de modificación de la primaria 8. La cantidad de retardo (o de avance) aplicada por el circuito de retardo/avance 1110 corresponde al retardo de autocorrelación para el cual está siendo modulada la señal primaria.

La cantidad de ganancia aplicada a la señal 3a en cualquier momento o región espacial viene determinada por el calculador de la ganancia 1112 como función de los valores de la señal de información auxiliar 6 y de la señal filtrada 3. La autocorrelación a corto plazo de la señal filtrada 3 puede expresarse mediante la fórmula:

(1)R(t, \tau) = \int\limits_{t-T}^{t} s (x)s(x-\tau) dx

donde s(t) es la señal filtrada 3, R(t,\tau) es la autocorrelación a corto plazo de s(t), \tau es el retardo para el cual se evalúa la autocorrelación, T es el intervalo de integración, y t es el tiempo.

Añadiendo una señal e(t) de modificación de la primaria a la señal filtrada s(t) se modula la función de autocorrelación R(t,\tau) para obtener una función de autocorrelación modulada R_{m}(t,\tau):

R_{m}(t,\tau) = \int\limits_{t-T}^{t}(s(x) + e (x))(s(x-\tau) + e (x-\tau)) dx

(2)=R(t,\tau) + \int\limits_{t-T}^{t}(s(x) + e (x-\tau) + e(x)(s(x-\tau) + e (x) e (x-\tau)) dx

Seleccionando apropiadamente la señal e(t) de modificación de la primaria, se puede conseguir un aumento o una disminución de la función de autocorrelación a corto plazo. Será evidente que se pueden usar muchos tipos diferentes de señales de modificación de la primaria para conseguir esa modulación. En la realización preferida, se usan versiones retardadas o avanzadas de la señal primaria multiplicada por una cantidad de ganancia o atenuación seleccionada como la señal de modificación de la primaria e(t). Concretamente:

(3a)e(t) = gs (t-\tau)

o bien

(3b)e(t) = gs (t+\tau)

Sustituyendo las ecuaciones (3a) y (3b) respectivamente en la ecuación (2), se ve que la autocorrelación a corto plazo de la señal modificada resultante puede expresarse como:

(4a)R_{m}(t,\tau) = R(t,\tau) + gR(t,2\tau) + gR(t-\tau,0) + g^{2}R(t-\tau, \tau)

o bien

(4b)R_{m}(t,\tau) = R(t,\tau) + gR(t,0) + gR(t+\tau, 2\tau) + g^{2}R(t+\tau,\tau)

Las funciones de autocorrelación R(t,\tau) de la señal primaria que aparecen en el primer miembro de las ecuaciones (4a) y (4b) pueden medirse, y usar sus valores para obtener la solución para la ganancia g que produzca un valor deseado para la función de autocorrelación modulada Rm (t,\tau). Se desea, típicamente, tener valores pequeños para g, de modo que la señal de modificación de la primaria se mantenga transparente para el que percibe la señal primaria. Si es ese el caso, los términos en g^{2} en las ecuaciones (4a) y (4b) pueden ignorarse, como despreciables, de tal modo que se puede obtener muy aproximadamente el valor exacto de la ganancia mediante la expresión

(5a)g \approx \frac{R_{m}(t,\tau) - R(t,\tau)}{R(t,2\tau) + R(t-\tau,0)}

o bien

(5b)g \approx \frac{R_{m}(t,\tau) - R(t,\tau)}{R(t,0) + R(t+\tau,2\tau)}

respectivamente Aunque que el presente invento es igualmente aplicable a la codificación de señales de información auxiliar analógicas, en el estudio que sigue se supone que la señal de información auxiliar es una señal digital que tiene valores tomados de un conjunto M-ario de símbolos d_{i} \varepsilon {\pm1,\pm3, ... \pm(2M-1)} para i = 1, 2, 3, ..., que son transmitidos en los tiempos t = iT_{s}, donde T_{s} designa el intervalo o período del símbolo. De acuerdo con la primera realización preferida del invento, cada símbolo de información auxiliar está asociado con un valor correspondiente de la función de autocorrelación a corto plazo. Un modo de representar los símbolos en el dominio de los valores de la función de autocorrelación, al tiempo que se mantiene la señal de modificación de la primaria pequeña con respecto a la señal primaria, consiste en emplear la fórmula

(6)R_{m}(iT_{s},\tau) = \xi d_{i}R_{m}(iT_{s},0)

donde \xi es una cantidad pequeña seleccionada para equilibrar el requisito de robustez de la señal frente al requisito de que la señal de modificación de la primaria sea transparente para el perceptor. Insertando las ecuaciones (4a) y (4b), respectivamente, en la ecuación (6), se obtiene una ecuación cuadrática para g, cuya resolución proporciona la ganancia g apropiada para el símbolo transmitido en el tiempo t = iT_{s}. Como alternativa, se pueden obtener valores aproximados para g_{i} usando las fórmulas (5a) o (5b). La ganancia se mantiene constante durante el intervalo del símbolo, con objeto de reducir al mínimo cualesquiera errores. En los límites del intervalo del símbolo se puede usar otra desviación de g_{i} con respecto a su valor deseado, para evitar cambios bruscos en la señal de modificación de la primaria, lo cual podría ir en perjuicio del requisito de transparencia de la señal de modificación de la primaria. El error de modulación originado por tal suavizamiento no degrada significativamente las actuaciones del sistema de codificación. El intervalo de integración T deberá ser más corto que T_{s}-\tau, con objeto de reducir al mínimo la interferencia entre símbolos. Sin embargo, se puede tolerar cierto solapamiento entre símbolos adyacentes, con el fin de aumentar la anchura de banda del canal auxiliar.

En una forma de ejecución alternativa, el calculador de la ganancia 1112 puede planificar una ganancia fija a ser aplicada a la señal filtrada/enmascarada y retardada/avanzada 3a, de acuerdo con solamente el valor de la señal de información auxiliar 6. De acuerdo con esta forma de ejecución, el calculador de la ganancia ignora el valor de la señal 3, y como tal se puede omitir la línea de entrada para la señal 3. En esta realización, el calculador de la ganancia aplicará una cantidad fija de ganancia que depende del valor de la señal auxiliar 6. Por ejemplo, en el caso de que la señal auxiliar sea una señal binaria, el calculador de la ganancia podría aplicar una ganancia positiva predeterminada para una señal auxiliar de "0", y una ganancia negativa predeterminada para una señal auxiliar de "1". Este enfoque permitirá que el codificador sea de reducida complejidad. Sin embargo, requiere una mayor señal de modificación para obtener las mismas características de actuación en términos de régimen de error de bits, o de robustez de la señal.

A fin de recuperar la señal de información auxiliar 6 a partir de la señal codificada 4, se aplica la señal codificada a un descodificador 20. En la Fig. 6 se han representado los detalles de una realización del descodificador 20. De acuerdo con esta realización, el descodificador consiste en un generador 21 de autocorrelación a corto plazo y un circuito 22 de extracción de la señal auxiliar. Como se ha ilustrado en la Fig. 7, el generador 21 de autocorrelación a corto plazo incluye un filtro/máscara 210 que filtra y/o enmascara la señal codificada 4, y después obtiene una señal de autocorrelación aplicando para ello la señal codificada filtrada a un circuito de cuadrar 212, a un circuito de retardo 214, y a un multiplicador 216. La salida del circuito de cuadrar 212 y la salida del multiplicador 216 se aplican a los integradores a corto plazo 218a y 218b. La salida del integrador 218b es una señal de autocorrelación S. Las salidas de los integradores 218a y 218b se aplican también a un circuito de normalización 220, para producir una señal de autocorrelación normalizada 5a. El filtro/máscara 210 puede tener las mismas características que el filtro/máscara 110 del codificador (o puede ser diferente), y en algunas circunstancias puede omitirse por completo. El circuito de retardo 214 hace uso del mismo retardo \tau que se usa en el circuito de retardo/avance 1110 del codificador. El circuito de cuadrar 212 calcula el cuadrado de la señal codificada filtrada, lo que es lo mismo que calcular la autocorrelación a corto plazo con un retardo de cero, e integrar en el intervalo T. El circuito de normalización 220 da salida a una señal de autocorrelación normalizada d(t), la cual es igual a:

(7)d(t) = \frac{R_{m}(t,\tau)}{R_{m}(t,0)}

En el caso especial de que la señal auxiliar esté en la forma de datos binarios, se pueden recuperar los símbolos de información determinando para ello el signo (+ ó -) de R_{m}(t,\tau) para los intervalos de símbolos muestreados individuales, y por consiguiente sería innecesario calcular la autocorrelación de retardo cero y la señal de autocorrelación normalizada.

La señal de información auxiliar se obtiene a partir de la señal de autocorrelación normalizada mediante el circuito 22 de extracción de la señal auxiliar. En ausencia de distorsión de la señal, d(t) tiene valores en puntos individualizados en el tiempo separados por T_{s} que son directamente proporcionales a la magnitud de los símbolos de entrada. La extracción de la señal puede efectuarse por una o más técnicas bien conocidas en la tecnología de las comunicaciones digitales, tales como las de filtrado, enmascarado, ecualización, sincronización, muestreo, comparación de umbral, y funcio-
nes de codificación del control de error. Por ser tales técnicas bien conocidas, no se expondrán aquí con mayor detalle.

De acuerdo con una segunda forma de ejecución, cada símbolo de datos auxiliar puede ser asociado a un conjunto de valores de autocorrelación a corto plazo, siendo elegido el conjunto particular de modo que se reduzca al mínimo el valor de g basado en el valor del símbolo de datos auxiliar. Como ejemplo, para una señal auxiliar valorada en bits, el bit transmitido para el tiempo iT_{s} está asociado con el conjunto de valores de autocorrelación 2j\xiR_{m}(iT_{s},0) para j=0, \pm1, \pm2, ... etc. si es un "1", o bien con el conjunto (2j-1)\xiR_{m}(iT_{s},0) para j=0, \pm1, \pm2, ... etc. si es un "0". El valor de j para cada bit se selecciona para mantener la magnitud de g obtenida a través de la resolución de las ecuaciones (4a) o (4b). Como alternativa, se puede efectuar un cálculo aproximado usando para ello las ecuaciones (5a) o (5b) si se elige j de modo que el valor sea el más próximo a R(t,\tau). En esta realización, el descodificador opera del mismo modo que en la primera forma de ejecución, excepto en que múltiples valores de autocorrelación son representados con el mismo símbolo de información auxiliar.

De acuerdo con una tercera forma de ejecución, los símbolos de información auxiliar son codificados como una diferencia de las funciones de autocorrelación a corto plazo en puntos en el tiempo previamente definidos. Por ejemplo, se divide el intervalo de símbolos en dos partes iguales y se determina la función de autocorrelación para cada parte. Después se cambia la diferencia entre las dos funciones de autocorrelación de modo que se representen los datos auxiliares. Si el símbolo de datos en iT_{s} es d_{i} \epsilon (\pm1, \pm2, ... +.(2M-1), para i = 1, 2, 3 ..., entonces la diferencia deseada puede expresarse mediante:

(8)R_{m}(iT_{s},\tau) - R_{m}((i+0 . 5)T_{s},\tau) = \xi d_{i}R_{m}(iT_{s},0)

donde \xi es una cantidad pequeña determinada para equilibrar los requisitos de robustez/transparencia. Sustituyendo las ecuaciones (4a) o (4b) en la ecuación (8) se obtiene una ecuación cuadrática para g, que puede resolverse para obtener el valor de g que se aplica a la señal de modificación de la primaria en la primera mitad del intervalo del símbolo. La ganancia de igual magnitud pero de signo (polaridad) opuesto se aplica a la señal de modificación de la primaria en la segunda mitad del intervalo del símbolo. Para reducir al mínimo la interferencia entre símbolos el intervalo de integración deberá ser más corto que (T_{s}/2)-\tau. Se puede tolerar una pequeña cantidad de interferencia para obtener un aumento de la velocidad binaria.

De acuerdo con otra forma de ejecución, la señal de modificación de la primaria se compone de una suma de componentes de la señal de información auxiliar, obtenidas de acuerdo con el codificador representado en la Fig. 5. En este caso, una pluralidad de filtros/máscaras 110a-110m proporcionan una pluralidad de señales primarias a una pluralidad de generadores de componentes de modificación de la primaria 111a-111m, las cuales se suman todas en las sumadoras 13, 13a, etc. para producir una señal de modificación de la primaria 8a. En esta realización, se generan M componentes de la señal auxiliar usando para ello diferentes cantidades de retardo en cada uno de los generadores de componentes. Cada una de las señales auxiliares 6a.6m puede ser diferente, o bien pueden ser iguales con objeto de aumentar la robustez y el nivel de seguridad. Una limitación es la de que para dos generadores de componentes cualesquiera que tengan iguales cantidades de retardo, y que aparezcan en bandas de frecuencias, intervalos de tiempo o máscaras espaciales que sean las mismas o que se solapen, las señales auxiliares deben ser las mismas. En este caso, las señales de modificación de la primaria adoptan la forma de:

(9)e(t) = \sum g_{m}s(t-\tau_{m})

donde \tau_{m} y g_{m} representan el retardo y la ganancia para la componente m-ésima del símbolo de modificación de la primaria. Sustituyendo la ecuación (9) en la ecuación (2), se obtiene la siguiente ecuación:

(10)R_{m}(t,\tau) = R (t,\tau) + \sum\limits^{M}_{m=1}g_{m}(R(t,\tau_{m} + \tau) + R(t-\tau, \tau_{m} - \tau)) + \sum\limits^{M}_{m1=1}\sum\limits^{M}_{m2=1} g_{m1}g_{m2}R(t - \tau_{m1}, \tau + \tau_{m2} - \tau_{m1})

Para una señal aleatoria s(t), y un valor de \tau lo suficientemente grande, R(t,\tau) es mucho menor que R(t,0). Por lo tanto, deberá elegirse el conjunto de retardos (\tau_{m}) de tal modo que R_{m}(t,\tau) calculado para \tau = \pm\tau_{m}, de acuerdo con la ecuación (10), tenga solamente un término para el cual el retardo de la autocorrelación a corto plazo sea igual a cero. Este término tendrá un efecto dominante en la modulación de la R_{m}(t,\tau_{m}). A medida que se vayan eligiendo diferentes valores \tau_{m}, se hacen dominantes en la suma diferentes términos en la ecuación (10). "Sintonizando" efectivamente las diferentes componentes de modificación de la primaria.

En la Fig. 8 se ha representado el descodificador asociado con esta realización. El descodificador incluye una serie de generadores de autocorrelación a corto plazo 21a-21n, uno por cada cantidad de retardo para la cual fue generada una componente de la señal de modificación de la primaria. Las señales de autocorrelación generadas son procesadas juntas mediante el circuito 22 de extracción de señales auxiliares, y son o bien combinadas para obtener una señal auxiliar, o bien procesadas independientemente para extraer una multiplicidad de señales de información auxiliar.

De acuerdo con una quinta forma de ejecución de acuerdo con la primera realización del invento, las componentes de la señal de modificación de la primaria pueden cambiar sus cantidades de retardo de autocorrelación correspondientes \tau en el tiempo, de acuerdo con un patrón de retardos previamente definido al que se hace referencia como "variación por saltos del retardo". Se aumenta la seguridad de la señal auxiliar manteniendo para ello secreto el patrón de variación por saltos del retardo. El patrón de variación por saltos puede definirse como una lista de retardos de autocorrelación consecutivos con su duración. Un descodificador autorizado necesita conocer el patrón de variación por saltos, así como los parámetros del filtrado/enmascarado y los parámetros de señalización (duración de los símbolos y otras características de los símbolos). En la señal primaria pueden ir conducidas simultáneamente múltiples señales auxiliares si sus patrones de variación por salto son distintos, incluso aunque otros parámetros de filtrado/enmascarado y de señalización sean los mismos.

La primera realización del invento, tal como se ha descrito en lo que antecede, puede ser modificada de muchas formas, como resultará evidente para quienes sean expertos en la técnica tras la lectura de la presente descripción. Por ejemplo, en la anterior descripción de la primera realización preferida del invento se ha hecho referencia a la percepción de la señal primaria mediante un "perceptor". En el contexto del invento, un perceptor puede ser un dispositivo tal como un ordenador, un detector de radar, u otro dispositivo eléctrico/electrónico en el caso de que la señal primaria sea una señal de comunicación, así como un ser humano en el caso de que sea una señal primaria de audio o de vídeo. Además, la forma de ejecución del invento puede ponerse en práctica usando circuitos analógicos, como también usando circuitos digitales tales como los ASICs (Circuitos Integrados de Aplicación Específica), procesadores de señales digitales para fines generales, microprocesadores, y aparatos equivalentes. Además, es posible que las características del filtro/máscara cambien con el tiempo de acuerdo con un patrón previamente definido, el cual puede tener cambios característicos de duración variable. Finalmente, se hace notar que se puede obtener una función similar a la del presente invento bajo algunas circunstancias usando técnicas de procesado de transformación de dominio (tales como la del dominio de Fourier o cepstral) la cual puede ser ejecutada usando algoritmos conocidos, tales como el algoritmo de la Transformada Rápida de Fourier o FFT.

Segunda realización

Con referencia a la Fig. 9, de acuerdo con una segunda realización preferida el invento emplea un incorporador 10a para generar una señal de cubierta superpuesta 4a, la cual es sustancialmente la misma, en términos de su contenido y de la calidad de la información llevada por la señal de cubierta 2. Por ejemplo, cuando la señal de cubierta 2 sea una señal de vídeo o de audio, la señal de cubierta superpuesta 4a producirá esencialmente el mismo programa o información de vídeo o de audio cuando se aplique a un dispositivo de salida, tal como a una presentación de vídeo o a un altavoz.

Se hace uso de una clave de cubierta superpuesta 9 para determinar y especificar la región particular del tiempo, la frecuencia y/o el dominio del espacio de la señal de cubierta 2 donde hayan de incorporarse los datos digitales 6, así como la característica distribuida de la señal de cubierta a ser modificada y la parrilla o tabla que correlacione los valores de los datos digitales con los niveles de cuantificación de la característica distribuida. Por ejemplo, en el caso de una señal de audio, una banda de frecuencia y un intervalo de tiempo particulares definen una región para incorporar un símbolo de datos. Para una señal de vídeo, una región de interpolación se especifica mediante una banda de frecuencia, un intervalo de tiempo en forma de un campo de imagen, un cuadro o serie de cuadros, y un área particular dentro del campo o cuadro. En la Fig. 13 se ha representado un ejemplo de las especificaciones de la clave de cubierta superpuesta para la banda de frecuencia, el intervalo de tiempo, la característica de señal distribuida, y la parrilla de cuantificación de símbolos, para una señal de cubierta de audio. En lo que sigue se proporcionan ejemplos específicos de características de señal distribuida.

El incorporador modula o modifica entonces apropiadamente la señal de cubierta 2 para obtener una señal de cubierta superpuesta 4a. La señal de cubierta superpuesta 4a puede ser transmitida, o almacenada en un medio de almacenamiento tal como una cinta magnética, un CD-ROM, una memoria de estado sólido, y similares, para posterior reclamación y/o transmisión. Los datos digitales incorporados son recuperados por un extractor 20a, que tiene conocimiento de, o acceso a, la clave de cubierta superpuesta 9, la cual opera sobre la señal de cubierta superpuesta 4a para extraer los datos digitales 6.

En la Fig. 10 se ha representado un diagrama bloque de una realización del incorporador 10a. Como se ha ilustrado, la señal de cubierta 2, la clave de cubierta superpuesta 9, y los datos digitales 6 son dados de entrada a un generador de señal incorporada 11a. El generador de señal incorporada modula o modifica una característica distribuida, previamente definida, de la señal de cubierta 2, de acuerdo con al clave de cubierta superpuesta 9 y los datos digitales 6, y genera una señal incorporada 8a. La señal de cubierta 2 es luego modificada añadiendo para ello la señal incorporada 8a a la señal de cubierta en una sumadora 12, para producir la señal de cubierta superpuesta 4a.

En la Fig. 11 se han ilustrado los detalles de un generador de señal incorporada 11a, usado para generar una sola señal de datos incorporada. La señal de cubierta 2 es filtrada y/o enmascarada en el bloque 30 de filtrado/enmascarado, para producir una señal 31 filtrada/enmascarada. La señal filtrada/enmascarada 31 comprende las regiones seleccionadas de la señal de cubierta, tal como viene especificado por la clave de cubierta superpuesta 9, las cuales son luego usadas para incorporar símbolos de datos. La señal 31 es luego dada de entrada a un bloque 32 de extracción de característica, donde se extrae la característica distribuida a ser modificada, tal como viene especificado por la clave de cubierta superpuesta 9, y proporcionada al módulo 14 de cálculo del parámetro de modulación. El módulo 34 recibe los datos digitales 6 a ser incorporados en la señal de cubierta, y determina la cantidad de modulación de la característica necesaria para hacer que la característica se haga aproximadamente igual al valor de cuantificación que corresponda al símbolo de datos digitales o al bit a ser incorporado. El resultado del cálculo 7 es luego aplicado al módulo de modulación 36, el cual modifica la señal filtrada 31 para obtener la componente 8 de la señal incorporada apropiada. La componente 8 de la señal incorporada es luego añadida a la señal de cubierta en la sumadora 12, como se ha ilustrado en la Fig. 10, para obtener la señal de cubierta superpuesta 4a.

Es además posible incorporar múltiples señales de datos digitales en la señal de cubierta 2, usando para ello múltiples generadores de señal incorporado que cada uno use una clave de cubierta superpuesta diferente para modificar una característica diferente de la señal de cubierta y/o para usar regiones diferentes de la señal de cubierta, para así producir múltiples componentes de la señal incorporada, cada una de las cuales se añade a la señal de cubierta 2. Como alternativa, se pueden incorporar las señales de datos diferentes en una forma en cascada, haciendo que la salida de un incorporador sea la entrada a otro incorporador que use una clave de cubierta superpuesta diferente.

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De acuerdo con una realización alternativa, se puede eliminar el modulo 30 de filtrado/enmascarado. En ese caso, la señal de cubierta es modificada directamente por el generador de señal incorporada para producir la señal de cubierta superpuesta. En consecuencia, no se requeriría la sumadora 12 de la Fig. 10 en esta realización alternativa.

En la Fig. 12 se ha representado un diagrama bloque de un extractor 20a usado para recuperar los datos digitales incorporados en la señal de cubierta superpuesta. La señal de cubierta superpuesta es filtrada/enmascarada en el módulo 30a de filtro/máscara para aislar las regiones en donde se incorporen los datos digitales. La señal filtrada 31a es dada de entrada al módulo 32a de extracción de característica, donde se extrae la característica. La característica extraída 33a es luego dada de entrada al módulo 40 de recuperación de datos, donde se representa la característica extraída en la tabla de cuantificación o en la parrilla que correlacione los valores de la característica cuantificados con símbolos de datos específicos. Luego se someten una multiplicidad de símbolos de datos extraídos a las bien conocidas técnicas de detección de errores, corrección de errores, y sincronización, para verificar la existencia de un mensaje real y la correcta interpretación del contenido del mensaje. En lo que sigue se dan ejemplos específicos de modulación de característica distribuida de señal de cubierta para incorporar datos.

Primer Ejemplo

En este ejemplo, la señal de cubierta 2 es una señal de audio. En esta realización, la señal de audio es primeramente filtrada para aislar una banda de frecuencia específica a ser usada para incorporar un mensaje de datos particular, para producir una señal de audio filtrada s(t). Se pueden usar otras bandas de frecuencia para incorporar otros mensajes, ya sea simultáneamente o ya sea siguiendo la técnica de procesado en cascada. Además, limitando la banda de frecuencia a ser modulada a solamente una fracción del espectro total de la señal, se reduce el efecto de tal modulación en la señal primaria o de cubierta. Se puede sin embargo omitir el paso de filtrado, sin que ello afecte ni al rendimiento del proceso de incorporación ni a la robustez de los datos incorporados.

A continuación se calcula una función f(s(t)) de la señal de audio filtrada s(t), como sigue:

(11)f(s(t)) = abs^{\alpha} (s(t))

donde abs( ) designa un cálculo de valor absoluto, y \alpha es un parámetro. Los sistemas en los que se usa \alpha = 1 y \alpha = 0,5 han sido materializados satisfactoriamente por los presentes inventores.

A continuación se integra la función f(s(t)) en intervalos de tiempo sucesivos de longitud T, para obtener:

(12)I_{i} = \int\limits^{iT}_{(i-1)T} f(s(t))dt

donde el intervalo T corresponde a la duración de un símbolo.

En el cuarto paso, se calcula la característica distribuida F_{i} para el símbolo i-ésimo, de acuerdo con la siguiente expresión:

(13)F_{i} = \frac{I_{i}}{\sum\limits^{N}_{n=1}I_{i-n}(1 + g_{j-n})^{\alpha}}

donde g_{j}, j= 1, 2, ..., N, son valores de la ganancia calculados para N símbolos previos, como se indica en lo que sigue.

En el siguiente paso, se compara el valor de la característica F_{i} con un conjunto de niveles de cuantificación que pertenecen a un símbolo particular, tal como viene definido por la clave de cubierta superpuesta 9. Se determina el nivel de cuantificación más próximo a F_{i}. Por ejemplo, en el caso de dígitos binarios, hay dos conjuntos, Q_{0} y Q_{1} correspondientes los bits "0" y "1", respectivamente. El conjunto de niveles de cuantificación para cada conjunto Q_{0} y Q_{1} se define como:

Q_{0} = q(2K\varepsilon), \hskip1,3cm K = 0,1,2, ...

(14)Q_{1} = q((2K+1)\varepsilon), \hskip0,5cm K = 0,1,2, ...

donde \varepsilon es el intervalo de cuantificación que determina la distribución entre robustez/transparencia, mientras que q(x) es una función monotónica. Se han materializado satisfactoriamente sistemas en los que se usa q(x)=x y q(x)=log(x).

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A continuación se calcula el valor de la ganancia G_{i} a ser aplicado en el intervalo de símbolo i-ésimo, según la expresión:

(15)g_{i} = (Q_{i}/F_{i})^{1/\alpha} - 1

donde Q_{i} es el elemento más próximo del conjunto de cuantificación perteneciente al símbolo i-ésimo.

En el paso siguiente, se aplica la ganancia g_{i} a todas las amplitudes de la señal en el intervalo de símbolo i-ésimo, y se añade el resultado de nuevo a la señal de cubierta de audio. Como alternativa, se puede aplicar esa ganancia totalmente sólo en la parte media del intervalo de símbolo, y en disminución hacia los extremos del intervalo de símbolo. Con esta solución se reduce la percepción de la modificación de la señal, a costa de una ligera reducción de la robustez del símbolo.

Con objeto de extraer los datos incorporados, el extractor filtra primero la señal de cubierta superpuesta de la misma manera que el incorporador, lo cual se define mediante la clave de cubierta superpuesta 9. A continuación se calcula la característica de acuerdo con las ecuaciones (11) a (13), en donde se supone que el intervalo de tiempo T es conocido de antemano, tal como es especificado por la clave de cubierta superpuesta 9, y que el principio del mensaje incorporado coincide con el principio del proceso de extracción.

En el paso siguiente se extraen los símbolos de datos incorporados representando para ello los valores de la característica calculados en la tabla de cuantificación o en la parrilla, tal como viene definido por la ecuación (14) (proporcionados por la clave de cubierta superpuesta 9, hallando el correspondiente que más se aproxime, y convirtiendo el valor de cuantificación en el símbolo correspondiente.

En el paso siguiente se disponen en cadena juntos los símbolos extraídos correspondientes y se comparan con un conjunto de posibles mensajes. Si se halla una coincidencia, se da salida al mensaje a un usuario, o bien a una capa de protocolo de datos más alta. Si no se halla coincidencia, se efectúan repetidos intentos en la extracción, desplazando para ello ligeramente el tiempo de partida del mensaje en lo correspondiente a dT, que es una pequeña fracción del intervalo T (por ejemplo, de 0,01T a 0,1T).

Segundo Ejemplo

En este ejemplo, después de un paso de filtrado/enmascarado similar al del primer ejemplo, se calcula una función f(s(t)) de la señal de audio filtrada s(t), de acuerdo con la siguiente expresión:

(16)f(s(t)) = s^{2m}(t)

donde m es un número entero. Se han materializado satisfactoriamente sistemas en los que se usa m=1 y m=2.

A continuación se generan dos integrales respectivamente sobre la primera mitad y sobre la segunda mitad del intervalo del símbolo i-ésimo:

(17)I_{i,i} = \int\limits^{(i-0 . 5)T}_{(i-1)T} f (s(t))dt, \hskip1cm I_{2,1} = \int\limits^{iT}_{(i-0 . 5)T} f(s(t))dt

En el paso siguiente se calcula la característica distribuida F_{i} para el símbolo i-ésimo, de acuerdo con la expresión:

(18)F_{i} = \frac{I_{1,i} - I_{2,1}}{I_{1,i} + I_{2,1}}

A continuación se compara la característica calculada F_{i} con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación para el símbolo dado a se incorporado, y se elige el valor de cuantificación más próximo. En esta realización, los conjuntos Q_{0} y Q_{1} de valores de cuantificación para símbolos dígitos binarios "0" y "1" se definen como:

(19)Q_{0} = q((2K+0 . 5)\varepsilon), \hskip0,5cm K=0,\pm1,\pm2, ...

Q_{1} = q((2K-0 . 5)\varepsilon), \hskip0,5cm K=0,\pm1,\pm2, ...

donde \varepsilon es el intervalo de cuantificación que determina la distribución entre robustez/transparencia, mientras que q(x) es una función monotónica. Se han efectuado materializaciones satisfactorias para q(x) = x y q(x) = x+\varepsilon/2.

En el siguiente paso se calcula la ganancia g_{i} a ser aplicada en el intervalo del símbolo i-ésimo, de acuerdo con la expresión:

(20)g_{i} = \frac{1}{2m} \frac{Q_{1} - F_{1}}{1-Q_{1}F_{1}}

donde Q_{i} es el elemento más próximo del conjunto de cuantificación que pertenece al símbolo i-ésimo. La ecuación (20) se deduce como una aproximación que es válida para pequeños valores de g_{i} y que reduce la cantidad de cálculo con respecto a la de una fórmula exacta, con efectos despreciables en la robustez del sistema.

A continuación se aplica la ganancia calculada g_{i} a todas las amplitudes de señal en el intervalo del símbolo i-ésimo, y se añade el resultado de nuevo a la señal de cubierta. Como alternativa, se aplica la ganancia totalmente sólo en la parte media del intervalo, y se va disminuyendo hacia los extremos del intervalo.

El proceso extractor sigue una secuencia análoga a la descrita en lo que antecede para el primer ejemplo.

Habiéndose así descrito el invento, será evidente para quienes sean expertos en la técnica que se puede variar el mismo de muchas formas, sin rebasar el alcance del invento, el cual queda definido por las reivindicaciones que siguen. Se ha previsto que cualquiera de tales modificaciones, y todas ellas, que resultarían evidentes para quienes sean expertos en la técnica, queden cubiertas en las reivindicaciones que siguen.

Claims (50)

1. Un método para incorporar un símbolo de información en una señal de cubierta analógica (2), que comprende los pasos de:

seleccionar una característica de señal distribuida de dicha señal de cubierta;

calcular un valor de dicha señal de cubierta seleccionada de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende los pasos de:

comparar el valor de la característica de señal distribuida calculado con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados, y determinar un valor de cuantificación fijado como objetivo que corresponda al símbolo de información a ser incorporado;

calcular la cantidad de cambio requerida en la señal de cubierta para modificar dicha característica de señal distribuida calculada para dicho valor de cuantificación fijado como objetivo; y

modificar dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad calculada de cambio, generando para ello una versión modificada (8; 8a) de dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad calculada de cambio e incorporar dicha versión modificada de dicha señal de cubierta en la señal de cubierta original para proporcionar una señal de cubierta modificada (4; 4a) que tenga dicho símbolo de información incorporado en la misma.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso de calcular una característica de señal distribuida comprende los pasos de determinar una región de dicha señal de cubierta en la cual incorporar dicho símbolo de información, aislar dicha región de dicha señal de cubierta, y calcular dicho valor de la característica de la señal distribuida a partir de dicha región aislada.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho conjunto previamente definido de valores de cuantificación contiene una multiplicidad de valores de cuantificación para cada símbolo de información definido.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso de modificar dicha señal de cubierta comprende el paso de producir una componente de señal incorporada (8a) de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada para adición a dicha señal de cubierta.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha región previamente definida contiene un intervalo seleccionado en el dominio del tiempo de la señal de cubierta.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha región previamente definida contiene una banda de frecuencia seleccionada de la señal de cubierta.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso de modificar comprende el paso de alterar al menos algunas de las amplitudes de las componentes de la señal de cubierta dentro de dicho intervalo previamente definido, de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso de modificar comprende el paso de alterar las amplitudes de todas las componentes de la señal de cubierta dentro de dicho intervalo previamente definido, de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada.

9. Un método para extraer un símbolo de información incorporado en una señal de cubierta analógica, que comprende los pasos de:

calcular un valor de la característica de la señal calculado de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende los pasos de:

comparar el valor de la característica de la señal calculado con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados, y determinar qué valor de cuantificación corresponde al valor de la característica de la señal calculado; y

convertir dicho valor de cuantificación determinado en el símbolo de información contenido en dicha señal de cubierta y dar salida a dicho símbolo de información.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el paso de calcular una característica de señal distribuida comprende los pasos de determinar una región de dicha señal de cubierta en la cual codificar dicho símbolo de información, aislar dicha región de dicha señal de cubierta, y calcular dicho valor de la característica de la señal a partir de dicha región aislada.

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11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho conjunto previamente definido de valores de cuantificación contiene una multiplicidad de valores de cuantificación para cada símbolo de información definido.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha región previamente definida contiene un intervalo seleccionado en el dominio del tiempo de la señal de cubierta.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha región previamente definida contiene una banda de frecuencia seleccionada de la señal de cubierta.

14. Un aparato para incorporar y extraer símbolos de información en, y de, una señal de cubierta analógica (2), que comprende:

medios (32) para calcular un valor de la característica de la señal distribuida de una característica de señal distribuida seleccionada de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende:

medios (34) para comparar el valor de la característica de la señal distribuida calculado con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados y determinar un valor de cuantificación fijado como objetivo correspondiente al símbolo de información a ser incorporado:

medios (34) para calcular la cantidad de cambio requerida en la señal de cubierta para modificar dicha característica de señal distribuida calculada para dicho valor de cuantificación fijado como objetivo;

medios (36, 12) para modificar dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada, generando para ello una versión modificada (8; 8a) de dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada e incorporar dicha versión modificada de dicha señal de cubierta en la señal de cubierta original para proporcionar una señal de cubierta modificada (4; 4a) que tiene dicho símbolo de información incorporado en la misma;

medios (32a) para calcular un valor de la característica de la señal distribuida de dicha señal de cubierta modificada sobre una región previamente definida;

medios (32a) para comparar el valor de la característica de la señal calculado de dicha señal de cubierta modificada con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados y determinar que valor de cuantificación corresponde al valor de la característica de la señal calculado; y

medios (40) para convertir dicho valor de cuantificación determinado en el símbolo de información contenido en dicha señal de cubierta modificada y dar salida a dicho símbolo de información;

15. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dichos medios (32) para calcular una característica de señal distribuida comprenden medios para determinar una región de dicha señal de cubierta en la cual codificar dicho símbolo de información, medios para aislar dicha región de dicha señal de cubierta, y medios para calcular dicha característica de la señal a partir de dicha región aislada.

16. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicho conjunto previamente definido de valores de cuantificación contiene una multiplicidad de valores de cuantificación para cada símbolo de información definido.

17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además medios (36) para producir una componente de señal incorporada para adición a dicha señal de cubierta, de acuerdo con la cantidad de cambio calculada.

18. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha región previamente definida contiene un intervalo seleccionado en el dominio del tiempo de la señal de cubierta.

19. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha región previamente definida contiene una banda de frecuencia seleccionada de la señal de cubierta.

20. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dichos medios (36) para modificar comprenden medios para alterar al menos algunas de las amplitudes de la señal de cubierta dentro de dicha región previamente definida, de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada.

21. Un aparato para incorporar un símbolo de información en una señal de cubierta analógica (2), que comprende:

medios (32) para calcular un valor de la característica de la señal distribuida de una característica de señal distribuida seleccionada de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende:

medios (36, 12) para modificar dicha señal de cubierta alterando para ello al menos algunas de las amplitudes de las componentes de la señal de cubierta dentro de dicha región previamente definida, como una función de dicho valor de la característica de la señal calculado, de modo que se obtenga una señal de cubierta modificada que tiene un valor de la característica de la señal distribuida en dicha región previamente definida correspondiente a dicho símbolo de información.

22. Un aparato según la reivindicación 21, que comprende además:

medios (34) para comparar el valor de la característica de la señal calculado con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados y determinar un valor de cuantificación fijado como objetivo correspondiente al símbolo de información a ser incorporado; y

medios (34) para calcular la cantidad de cambio requerida en la señal de cubierta para modificar dicha característica de la señal calculada para dicho valor de cuantificación fijado como objetivo; en que

dichos medios (36, 12) para modificar dicha señal de cubierta modifican dicha señal de cubierta de acuerdo con dicha cantidad de cambio calculada.

23. Un aparato para extraer un símbolo de información incorporado en una señal de cubierta analógica, que comprende:

medios (32a) para calcular un valor de la característica de la señal distribuida de dicha señal de cubierta sobre una región previamente definida; y caracterizado porque comprende:

medios (32a) para comparar el valor de la característica de la señal calculado con un conjunto previamente definido de valores de cuantificación correspondientes a símbolos de información dados, y determinar qué valores de cuantificación corresponden al valor de la característica de la señal calculado; y

medios (40) para convertir dicho valor de cuantificación determinado en el símbolo de información contenido en dicha señal de cubierta y dar salida a dicho símbolo de información.

24. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso de calcular un valor de la característica de la señal distribuida comprende el paso de determinar un valor de la función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta;

dicho paso de comparar comprende el paso de calcular un valor de la función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta correspondiente a dicho valor de cuantificación fijado como objetivo de dicha señal de información de acuerdo con una relación previamente definida entre el valor de la señal de información y el valor de autocorrelación de la señal de cubierta;

dicho paso de calcular comprende el paso de desarrollar una señal de modificación de la cubierta para modificar dicha señal de cubierta de tal modo que el valor de la función de autocorrelación a corto plazo de la señal de cubierta modificada corresponda a dicho valor calculado; y

dicho paso de modificar comprende el paso de modificar dicha señal de cubierta con dicha señal de modificación de la cubierta.

25. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicha señal de modificación de la cubierta (8) se desarrolla a partir de dicha señal de cubierta (2).

26. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 24, en el que el paso de modificar dicha señal de cubierta comprende el paso de añadir dicha señal de modificación de la cubierta a dicha señal de cubierta.

27. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el paso de desarrollar comprende variar la ganancia de dicha señal de cubierta como función de dicha relación previamente definida y los valores de dicha señal de cubierta y de dicha señal de información auxiliar (6).

28. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 25, que comprende además el paso de modificar un parámetro de dicha señal de cubierta para producir una señal de cubierta filtrada para uso para desarrollar dicha señal de modificación de la cubierta.

29. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 28, en el que dicho parámetro comprende el contenido de frecuencia de dicha señal de cubierta.

30. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 28, en el que dicho parámetro comprende el contenido espacial de dicha señal de cubierta.

31. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 28, en el que dicho parámetro comprende una región temporal de dicha señal de cubierta.

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32. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 28, en el que dicho parámetro comprende un régimen de muestreo de dicha señal de cubierta.

33. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicha señal de cubierta analógica es una señal de audio.

34. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicha señal de cubierta analógica es una señal de vídeo.

35. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicha relación previamente definida entre dicho valor de la función de autocorrelación a corto plazo y dichos valores de los símbolos de información auxiliar varía en función de valores predeterminados de los símbolos de información auxiliar.

36. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 27, en el que el paso de variar la ganancia comprende el paso de variar la ganancia de dicha señal de cubierta en una magnitud predeterminada con una primera polaridad en una primera mitad de un intervalo de símbolo de información, y variar la ganancia de dicha señal de cubierta en una segunda mitad de dicho intervalo de símbolo de información en dicha magnitud predeterminada con una segunda polaridad opuesta a dicha primera polaridad.

37. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicha señal de modificación de la cubierta comprende la suma de una pluralidad de componentes de la señal de modificación, que cada una tiene una cantidad diferente de retardo con respecto a dicha señal de cubierta.

38. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 25, en el que dicha señal de modificación de la cubierta es retardada en un retardo predeterminado \tau con respecto a dicha señal de cubierta.

39. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 38, en el que dicho retardo predeterminado \tau varía en función del tiempo, de acuerdo con un patrón de retardo predeterminado.

40. Un método para extraer símbolos de información incorporados en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el paso de calcular comprende el paso de calcular una función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta codificada;

el paso de comparar comprende el paso de determinar el valor de dicha función de autocorrelación generada; y

el paso de convertir comprende el paso de determinar un valor de un símbolo de información como función del valor de dicha función de autocorrelación generada y una relación previamente definida entre los valores de los símbolos de información y los valores de la función de autocorrelación.

41. Un método para extraer símbolos de información codificados en una señal de cubierta analógica de acuerdo con la reivindicación 40, en el que en el paso de calcular una función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta codificada se hace uso de un retardo \tau, y en el que el paso de determinar un valor de un símbolo de información comprende los pasos de:

calcular una función de autocorrelación a corto plazo con retardo cero; y

calcular una señal de autocorrelación normalizada dividiendo para ello dicha función de autocorrelación con el retardo \tau por dicha función de autocorrelación con retardo cero.

42. Un método para extraer símbolos de información codificados en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 41, en el que dicha señal de modificación de la cubierta comprende la suma de una pluralidad de componentes de la señal de modificación, que cada una tiene una cantidad diferente de retardo con respecto a dicha señal de cubierta, y dicho paso de determinar un valor de un símbolo de información comprende llevar a cabo los pasos de determinar valores para cada una de dicha pluralidad de componentes de la señal de modificación.

43. Un método para extraer símbolos de información incorporados en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 41, en el que dicho retardo predeterminado \tau varía como función del tiempo, de acuerdo con un patrón de retardo predeterminado.

44. Un aparato para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica (2), de acuerdo con la reivindicación 21, en el que dichos medios para calcular comprenden medios para determinar un valor de la función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta, comprendiendo además dicho aparato:

medios (11) para determinar un valor de una señal de información auxiliar que contiene un símbolo de información;

medios (11) para calcular un valor de la función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta correspondiente a dicho valor determinado de dicha señal de información auxiliar de acuerdo con una relación previamente definida entre el valor de la señal de información auxiliar y el valor de autocorrelación de la señal de cubierta;

medios (11) para desarrollar una señal de modificación de la cubierta (8) para modificar dicha señal de cubierta de tal modo que el valor de la función de autocorrelación a corto plazo de la señal de cubierta modificada corresponda a dicho valor calculado; y

en el que dichos medios para modificar modifican dicha señal de cubierta con dicha señal de modificación de la cubierta.

45. Un aparato para extraer símbolos de información incorporados en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 23, en el que dichos medios para calcular comprenden medios (21) para calcular una función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta incorporada y medios para determinar el valor de dicha función de autocorrelación generada; y

dichos medios para convertir comprenden medios (22) para determinar un valor de un símbolo de información como función del valor de dicha función de autocorrelación generada y una relación previamente definida entre los valores de los símbolos de información y los valores de la función de autocorrelación.

46. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho paso de calcular comprende el paso de desarrollar una señal de modificación de la cubierta (8) para modificar dicha señal de cubierta de tal modo que el valor de la función de autocorrelación a corto plazo de la señal de cubierta modificada corresponda a dicho valor de cuantificación fijado como objetivo; y

dicho paso de modificar comprende modificar dicha señal de cubierta con dicha señal de modificación de la cubierta.

47. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 46, en el que dicha señal de modificación de la cubierta se desarrolla a partir de dicha señal de cubierta.

48. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 46, en el que el paso de modificar dicha señal de cubierta comprende el paso de añadir dicha señal de modificación de la cubierta a dicha señal de cubierta.

49. Un método para incorporar símbolos de información en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 47, en el que el paso de desarrollar comprende variar la ganancia de dicha señal de cubierta como función de una relación previamente definida entre la ganancia y dicha señal de información auxiliar.

50. Un método para extraer símbolos de información codificados en una señal de cubierta analógica, de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho paso de calcular comprende el paso de calcular una función de autocorrelación a corto plazo de dicha señal de cubierta codificada; y

dicho paso de comparar comprende el paso de determinar un valor de un símbolo de información como función del valor de dicha función de autocorrelación generada y una relación previamente definida entre los valores de los símbolos de información y los valores de la función de autocorrelación.