專利名稱：信號處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對信息信號的處理，如對音頻信號的編碼或在信息信號中嵌入水印。
在信息信號(如音頻信號、視頻信號等等)的信號處理領(lǐng)域中，通常的問題在于得到該處理的預(yù)期效果與不將可察覺的失真引入到信號中的一般目標(biāo)之間的適當(dāng)?shù)恼壑?。信號處理的例子包括信息信號的編碼和在信息信號中嵌入水印。
在音頻編碼領(lǐng)域中，當(dāng)從已編碼信號中重構(gòu)音頻信號的時候，希望對音頻信號的有效編碼，同時不過度地降低該音頻信號的感知品質(zhì)。
在加水印領(lǐng)域中，通常的問題在于控制所嵌入水印的魯棒性及其透明性之間的折衷一方面，希望得到對于信號處理(如編碼、壓縮等等)來說是魯棒的所嵌入的水印。另一方面，該嵌入的水印不應(yīng)當(dāng)以造成可察覺失真(例如，可聽或可見失真)的方式修改主信號。因此，不應(yīng)當(dāng)影響信息信號的感知品質(zhì)。
特別地，用于音頻信號的許多加水印方案使用人類聽覺系統(tǒng)的屏蔽模型，其中對應(yīng)于最大允許嵌入強(qiáng)度確定一個屏蔽閾值，該最大允許嵌入強(qiáng)度仍然確保聽不見的嵌入。因此，要添加到主音頻信號的水印能量的數(shù)量通過可以由該信號屏蔽的噪聲量確定。通常將這種余度系數(shù)(headroom)稱作屏蔽-噪聲比。
大多數(shù)加水印系統(tǒng)使用某種嵌入模型來確定該屏蔽-噪聲比，以及控制水印產(chǎn)生或者將水印混合入主信號?？梢詫⑵涿枋龀梢粋€兩階段處理a)確定可用于嵌入水印的余度系數(shù)，以及b)導(dǎo)出一個特定的成本函數(shù)并將其應(yīng)用于水印產(chǎn)生和混合階段。這兩個階段都是所謂的水印嵌入模型的一部分。
美國專利No.6,345,100公開了一種在音頻信號中嵌入水印的方法。該方法包括從音頻信號中確定基礎(chǔ)信號(basis signal)，人類收聽者將察覺不到包括該信號。將水印嵌入到該基礎(chǔ)信號中，并且將所得到的水印信號混合入該音頻信號。
這種現(xiàn)有技術(shù)方法的一個缺點(diǎn)在于由于模型的近似和不完善，對于給定的嵌入模型來說，它們不能保持信息信號的恒定感知品質(zhì)。
本發(fā)明的一個目的是提高經(jīng)處理的信息信號的感知品質(zhì)。
通過一種處理信息信號的方法來解決上述以及其它問題，該方法包括-將一個信號修改處理應(yīng)用于信息信號，從而得到一個經(jīng)處理的信號，其中通過至少一個控制參數(shù)來控制所述信號修改處理；-將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較，以確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度；-響應(yīng)于所確定的感知品質(zhì)的量度來調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)。
通過確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度以及調(diào)整控制該信號修改處理的參數(shù)，該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)得到改進(jìn)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)在于其提供對控制信號處理的參數(shù)的自動控制，由此提供經(jīng)處理的信號的統(tǒng)一的感知品質(zhì)。
術(shù)語“信息信號”包括任何表示可察覺信息的信號，其可能由于信號處理而產(chǎn)生可察覺的失真。這種信號的例子包括音頻信號、視頻信號、多媒體信號、表示圖像的信號等等。該信息信號可以體現(xiàn)為模擬信號或數(shù)字信號。
術(shù)語“信號修改處理”包括任何修改信息信號以及可能造成由該信息信號表示的信息內(nèi)容的可察覺失真的處理。這種信號修改處理可以包括對信號的編碼、該信息信號與其它信號的組合(如信息的嵌入，例如水印)等等。所述修改處理可以包括一個或多個子處理，諸如分割、傅立葉變換或其它信號變換、濾波、混合等等。
感知品質(zhì)的量度可以包括任何適當(dāng)?shù)牧?、參?shù)等等，其代表由信號修改處理造成的信息信號的信息內(nèi)容中的可察覺變化。這種量度的例子包括適當(dāng)?shù)某杀竞瘮?shù)，該成本函數(shù)量化所討論的信號處理的偽信號。在Thilo Thiede等人的“PEAQ-The ITU Standard for Objective Measurement of Perceived Quality(PEAQ針對感知質(zhì)量的客觀測量的ITU標(biāo)準(zhǔn))”(J.Audio Eng.Soc.，Vol.48，No.1/2，2000)中描述了一種測量音頻信號的感知品質(zhì)的方法的例子。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于所述自動控制是基于感知量度的，由此考慮了影響該感知品質(zhì)的信號處理的偽信號。這種偽信號的例子包括帶寬的變化、噪聲響度不對稱性、時間屏蔽行為等等。
因此，其優(yōu)點(diǎn)在于可以考慮除了實(shí)際信號處理所考慮的那些以外的偽信號。
將經(jīng)處理的信號與信息信號作比較的步驟可以包括對所述一個或兩個信號的一個或多個處理步驟，如濾波步驟、信號變換(例如傅立葉變換)、編碼步驟等等。而且，該比較步驟可以包括任何適當(dāng)?shù)奶幚聿襟E，以便確定感知品質(zhì)的量度。
對控制參數(shù)的調(diào)整可以包括任何適當(dāng)?shù)目刂茩C(jī)構(gòu)，例如控制回路，該控制回路將感知品質(zhì)的量度與相應(yīng)的目標(biāo)值作比較，并且相應(yīng)地調(diào)整該控制參數(shù)。所述調(diào)整可以包括參數(shù)的增加、參數(shù)的減少，或者所述調(diào)整可以包括將該參數(shù)保持不變。
控制參數(shù)的例子包括水印信號的嵌入強(qiáng)度、在水印信號的基于幀的嵌入處理中的嵌入幀大小、頻率/時間分配、控制音頻編碼器中的量化器的位分配的參數(shù)等等。
在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括將信息信號劃分成信息信號的片段序列；其中應(yīng)用信號修改處理的步驟包括將該信號修改處理應(yīng)用于所述信息信號片段中的第一個，從而得到經(jīng)處理的信號的第一個片段；其中將經(jīng)處理的信號與信息信號作比較的步驟包括將所述經(jīng)處理的信號的第一個片段與所述信息信號的第一個片段作比較；以及其中該方法進(jìn)一步包括將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于所述信息信號片段中的第二個，從而得到經(jīng)處理的信號的第二個片段，其中通過所述經(jīng)調(diào)整的至少一個控制參數(shù)來控制該信號修改處理的至少一部分。
因此，對于信息信號的各片段執(zhí)行信號處理。例如，當(dāng)信息信號表示作為時間函數(shù)的信號(如音頻信號、視頻信號等等)時，可以在幀的基礎(chǔ)上執(zhí)行該信號處理。因此，將該信號劃分成一個片段序列(即所謂的幀)，并且處理各單獨(dú)幀，并且將經(jīng)處理的幀組合成最終得到的經(jīng)處理的信號。在其它的實(shí)施例中，例如其中該信息信號是空間參數(shù)的函數(shù)，則可以執(zhí)行類似的分割，例如通過將表示圖像像素的信號劃分成一個像素行序列。
因此，通過將經(jīng)處理的信號片段與相應(yīng)的信息信號片段作比較，可以為每個片段單獨(dú)地調(diào)整控制所述信號處理的控制參數(shù)。
應(yīng)當(dāng)理解，信息信號的第一和第二片段可以具有相同或不同的長度。
可以將經(jīng)調(diào)整的參數(shù)應(yīng)用于對隨后片段的處理中，優(yōu)選地是該片段序列中的下一個片段。因此，在這種情況下，信息信號的第二個片段是該信息信號片段序列中的該信息信號的第一個片段之后的片段，由此提供了自校準(zhǔn)控制機(jī)構(gòu)的一個特別簡單的實(shí)現(xiàn)方式。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，信息信號的第二個片段是該信息信號的第一個片段，其中延遲該信息信號的第一個片段，以便補(bǔ)償將經(jīng)處理的信號與信息信號作比較以及調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)這兩個步驟的持續(xù)時間。因此，根據(jù)該兩級前饋實(shí)施例，延遲了作為所述控制參數(shù)的調(diào)整基礎(chǔ)的片段，并且將基于經(jīng)調(diào)整的控制參數(shù)的信號處理應(yīng)用于第一信號片段。因此，該調(diào)整已經(jīng)影響當(dāng)前信號片段，而不是將該調(diào)整的影響延遲到下一個片段。
因此，去除了對控制參數(shù)的調(diào)整與所得到的經(jīng)處理信號的品質(zhì)改變之間的相對延遲，由此進(jìn)一步提高了經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)。本實(shí)施例的另一個優(yōu)點(diǎn)在于其避免了控制反饋的可能存在的不穩(wěn)定性(例如非穩(wěn)定信號(如音頻)的情況)，由此進(jìn)一步提高了信號處理的品質(zhì)。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括-延遲信息信號以補(bǔ)償將經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較以及調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)這兩個步驟的持續(xù)時間；以及-將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于該延遲的信息信號，從而得到經(jīng)修改的已處理信號，其中通過已調(diào)整的該至少一個控制參數(shù)來控制該信號修改處理的至少一部分。
因此，通過應(yīng)用該信號修改處理的至少一部分(其中對于延遲的信息信號使用經(jīng)調(diào)整的控制參數(shù))，去除了對控制參數(shù)的調(diào)整與所得到的經(jīng)處理信號的品質(zhì)改變之間的相對延遲，由此進(jìn)一步提高了該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)。
該信號修改處理的至少一部分可以包括基于經(jīng)調(diào)整的參數(shù)執(zhí)行的整個信號修改處理?；蛘?，其可以包括該信號修改處理的一個或多個子處理(例如混合或嵌入階段)，同時再次使用一個或多個其它子處理的結(jié)果，所述其它子處理例如是水印產(chǎn)生階段，該水印產(chǎn)生階段沒有受到控制參數(shù)的影響。在這種情況下，可以使用較少的組件實(shí)現(xiàn)更有效的處理。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，對信息信號的處理包括在該信息信號中嵌入水印，其中根據(jù)一個水印嵌入模型來產(chǎn)生水印，所述水印嵌入模型優(yōu)選地包括人類聽覺系統(tǒng)的心理聲學(xué)模型。
因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，該信號修改處理包括-根據(jù)水印嵌入模型確定水印信號；-在該信息信號中嵌入所確定的該水印信號。
可以通過一個或多個控制參數(shù)來控制水印嵌入模型和/或所述嵌入，所述控制參數(shù)可以根據(jù)本發(fā)明調(diào)整，由此提高了嵌入處理的品質(zhì)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)在于提供了具有統(tǒng)一的感知品質(zhì)的水印嵌入，而不管主信號(即該水印所嵌入的信號)的具體特性。
根據(jù)另一個優(yōu)選實(shí)施例，該信號修改處理包括-根據(jù)水印嵌入模型確定水印信號；-在信息信號中嵌入所確定的該水印信號；-其中通過所述至少一個控制參數(shù)來控制嵌入所確定的該水印信號的步驟；以及其中將信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于信息信號的步驟包括-延遲該信息信號，從而得到延遲的信號；以及-在經(jīng)延遲的信號中嵌入所確定的該水印信號，其中通過所述經(jīng)調(diào)整的至少一個控制參數(shù)來控制所述嵌入。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，使用如上所述的兩級前饋處理，其中通過控制參數(shù)來控制所述嵌入子處理，由此提供高效且穩(wěn)定的嵌入處理，從而得到具有較高的統(tǒng)一感知品質(zhì)的信息信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，所述信息信號是音頻信號，并且所述信號修改處理包括音頻編碼處理。
因此，提供一種音頻編碼方法，該音頻編碼方法得到具有較高的統(tǒng)一品質(zhì)的編碼的音頻信號。
根據(jù)另一個優(yōu)選實(shí)施例，所述信息信號是音頻信號，并且所述信號修改處理包括音頻編碼處理，該音頻編碼處理包括-為編碼音頻信號而確定一個位分配模式；以及-根據(jù)所確定的該位分配執(zhí)行對該音頻信號的量化，從而得到一個經(jīng)量化的信號；其中將經(jīng)處理的信號與信息信號作比較的步驟包括-從該量化的信號重構(gòu)音頻信號；以及
-將該重構(gòu)的信號與所述音頻信號作比較；其中調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)的步驟包括調(diào)整該位分配；以及其中將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于該信息信號的步驟包括-延遲該音頻信號，從而得到經(jīng)延遲的信號；以及-根據(jù)該經(jīng)調(diào)整的位分配來執(zhí)行對該延遲的信號的量化，從而得到經(jīng)處理的量化信號。
因此，提供一種高效且穩(wěn)定的兩級前饋編碼處理。
應(yīng)當(dāng)注意到，在上面和下文中所述的方法的特征可以在軟件中實(shí)現(xiàn)，并且可以在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或者由計算機(jī)可執(zhí)行指令的執(zhí)行引起的其它處理裝置中實(shí)施。所述指令可以是程序代碼裝置，該程序代碼裝置被從存儲介質(zhì)或通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從另一個計算機(jī)加載入存儲器(如RAM)?；蛘?，所述特征可以通過代替軟件或者和軟件組合的硬連線電路實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明可以以不同的方式實(shí)現(xiàn)，包括上面和下文中所述的方法、裝置以及其它產(chǎn)品裝置，其中的每一個產(chǎn)生連同首先提到的方法所描述的一個或多個益處和優(yōu)點(diǎn)，并且其中的每一個具有一個或多個優(yōu)選實(shí)施例，所述優(yōu)選實(shí)施例相應(yīng)于連同首先提到的方法所述的以及在各從屬權(quán)利要求中公開的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于處理信息信號的裝置，該裝置包括-信號處理裝置，用于將信號修改處理應(yīng)用于信息信號，從而得到經(jīng)處理的信號，其中通過至少一個控制參數(shù)來控制所述信號修改處理；-用于將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較、以確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度的裝置；以及-用于響應(yīng)于所確定的感知品質(zhì)的該量度來調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)的裝置。
在此，術(shù)語信號處理裝置、用于將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較的裝置、以及用于調(diào)整所述控制參數(shù)的裝置包括適當(dāng)?shù)碾娐泛?或設(shè)備，所述電路和/或設(shè)備適于執(zhí)行上述功能。特別地，上述術(shù)語包括通用或?qū)Ｓ每删幊涛⑻幚砥?、?shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯陣列(PLA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用電子電路等等，或者包括它們的組合。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括如上面和下文所述的裝置的設(shè)備。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及通過執(zhí)行如上面和下文所述的方法步驟而產(chǎn)生的經(jīng)處理的信息信號。
該經(jīng)處理的信息信號可以體現(xiàn)為載波(如電磁波)上的信號。該信息信號可以進(jìn)一步體現(xiàn)在存儲介質(zhì)上。
存儲介質(zhì)的例子包括磁帶、光盤、數(shù)字視頻盤(DVD)、緊致盤(CD或CD-ROM)、小型盤、硬盤、軟盤、鐵電存儲器、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃存器、EPROM、只讀存儲器(ROM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SDRAM)、鐵磁存儲器、光存儲器、電荷耦合設(shè)備、智能卡、PCMCIA卡等等。
通過下面參照附圖描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯而易見，并且得到闡明，其中附

圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的信號處理裝置的示意性方框圖；附圖2a-b表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的信號處理裝置的例子的示意性方框圖；附圖3表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的、在信息信號中嵌入水印的裝置的方框圖；附圖4表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的、在信息信號中嵌入水印的裝置的方框圖；附圖5表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的音頻編碼的裝置的方框圖。
應(yīng)當(dāng)注意到，在附圖中，方框之間的虛線通常表示控制線，而方框之間的實(shí)線通常表示數(shù)據(jù)線。
附圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的信號處理裝置的示意性方框圖。該裝置包括信號處理單元101，該信號處理單元接收信息信號x、對該信息信號x應(yīng)用信號修改處理從而得到輸出信號y、并且輸出信號y。通過一個或多個控制參數(shù)來控制該信號處理單元的信號修改，所述控制參數(shù)由品質(zhì)評估單元102產(chǎn)生并且被饋送入該信號處理單元。將信息信號x和輸出信號y饋送入品質(zhì)評估單元102。品質(zhì)評估單元102將經(jīng)處理的信號y與信息信號x作比較，并且確定經(jīng)處理的信號與信息信號x相比的感知品質(zhì)，也就是對于信息信號的接收者將察覺到經(jīng)處理的信號y的失真程度或其它品質(zhì)下降程度的量度?？梢酝ㄟ^一個或更多個參數(shù)將信息信號的感知品質(zhì)量化，所述參數(shù)例如是非線性失真、諧波失真、調(diào)制差異、屏蔽-噪聲比、音頻信號的響度不對稱性等等。
基于所確定的經(jīng)處理的信號y的感知品質(zhì)，該品質(zhì)評估單元產(chǎn)生控制信號103，該控制信號表示用于控制該信號處理單元的控制參數(shù)。因此，提供了一種在線自校準(zhǔn)信號處理。
附圖2a-b表示根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的信號處理裝置的示意性方框圖。
根據(jù)附圖2a的裝置被實(shí)現(xiàn)為一個兩級前饋電路，該兩級前饋電路包括第一信號處理單元201、品質(zhì)評估單元202以及第二信號處理單元203。第一信號處理單元201接收信息信號x并且產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)處理的信號204。信號處理單元201由一組默認(rèn)的控制參數(shù)p控制。將經(jīng)處理的信號饋送入品質(zhì)評估單元202，該品質(zhì)評估單元202還接收信息信號x，并且基于經(jīng)處理的信號204的感知品質(zhì)的確定來產(chǎn)生控制信號206，正如上面所描述的那樣。
根據(jù)本實(shí)施例，將由品質(zhì)評估單元202產(chǎn)生的控制信號饋送入第二信號處理單元203。第二信號處理單元203還接收信息信號x，并且對其應(yīng)用與第一信號處理單元201相同的信號修改處理。然而，第二信號處理單元203由控制信號206控制，而不是由默認(rèn)參數(shù)p控制。這樣，第二信號處理單元應(yīng)用了相對于所得到的經(jīng)處理信號的感知品質(zhì)而被優(yōu)化的修改處理。這樣，由第二信號處理單元產(chǎn)生的經(jīng)處理的信號y構(gòu)成了所述裝置的輸出。
應(yīng)當(dāng)注意到，在一個實(shí)施例中，默認(rèn)參數(shù)p可以被動態(tài)地選擇而不是靜態(tài)地選擇，例如，基于品質(zhì)評估單元202的輸出或者通過某種其它的控制機(jī)構(gòu)來選擇。
根據(jù)附圖2b的裝置被實(shí)現(xiàn)為一個兩級前饋電路，該兩級前饋電路包括兩個不同的信號處理單元201和207。第一信號處理單元201對信息信號x執(zhí)行如上所述的信號處理，并且將所得到的經(jīng)處理的信號前送到品質(zhì)評估單元202，該品質(zhì)評估單元基于經(jīng)處理的信號204的感知品質(zhì)的確定來產(chǎn)生控制信號206。
根據(jù)本實(shí)施例，第二信號處理單元207僅執(zhí)行由信號處理單元201執(zhí)行的信號處理的一部分。因此，根據(jù)本實(shí)施例，第一信號處理單元201將信號205前送到第二信號處理單元207，其中該信號205表示第一處理級的結(jié)果，并且其不受控制參數(shù)p和206的影響。第二信號處理單元207僅執(zhí)行由經(jīng)優(yōu)化的參數(shù)206控制的信號處理的第二部分，并且得到最終經(jīng)處理的信號y。本實(shí)施例的一個優(yōu)點(diǎn)在于避免了信號處理步驟的不必要的重復(fù)，由此減少了處理時間以及所需的組件的復(fù)雜度。
應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例可以包括附加的組件，諸如用于補(bǔ)償由不同組件引入的延遲的延遲電路。
附圖3表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的、在信息信號中嵌入水印的裝置的方框圖。該裝置包括水印嵌入器301，該水印嵌入器接收音頻信號x、在該音頻信號中嵌入水印、并且產(chǎn)生最終得到的加水印的音頻信號y。水印嵌入器301包括水印產(chǎn)生模塊302，該水印產(chǎn)生模塊接收音頻信號x，并且基于表示要嵌入的信息的水印w來產(chǎn)生水印信號304。水印產(chǎn)生模塊302由嵌入模型模塊305控制，該嵌入模型模塊接收音頻信號x、確定從該音頻信號x導(dǎo)出的預(yù)定成本函數(shù)、并且產(chǎn)生控制水印產(chǎn)生模塊302的控制信號306。例如，該控制信號可以包括控制水印產(chǎn)生處理的一個或多個屬性(諸如在不同頻率下嵌入的相對水印能量、信號分割的窗口尺寸等等)的參數(shù)。該水印嵌入器還包括混合模塊303，該混合模塊接收音頻信號x以及由水印產(chǎn)生模塊302產(chǎn)生的水印信號304。該混合模塊將音頻信號x和水印信號304組合，從而得到加水印的信號y。嵌入模型305進(jìn)一步產(chǎn)生控制信號313，該控制信號被饋送入混合模塊303并且控制該水印信號和音頻信號的混合。例如，該嵌入模型可以基于該音頻信號的屬性來確定要添加到該音頻信號的水印能量的數(shù)量，所述屬性例如是可以由該信號屏蔽的噪聲量。該余度系數(shù)通常稱作屏蔽-噪聲比。
根據(jù)本發(fā)明，將音頻信號x延遲一個延遲314，以便補(bǔ)償由嵌入器301引入的延遲。將延遲的音頻信號315和加水印的信號y饋送入品質(zhì)評估單元307。該品質(zhì)評估單元將該加水印的信號y與延遲的音頻信號315作比較，并且將相應(yīng)的一組品質(zhì)參數(shù)309傳遞給控制單元308。例如，品質(zhì)評估單元307可以實(shí)現(xiàn)一個成本函數(shù)，該成本函數(shù)量化了該水印系統(tǒng)或更復(fù)雜系統(tǒng)的偽信號，例如，如在Thilo Thiede等人的“PEAQ-The ITU Standard for Objective Measurement ofPerceived Quality(PEAQ針對感知質(zhì)量的客觀測量的ITU標(biāo)準(zhǔn))”(J.Audio Eng.Soc.，Vol.48，No.1/2，2000)中所公開的那樣。品質(zhì)參數(shù)309量化了加水印的音頻信號y的感知品質(zhì)。這種品質(zhì)參數(shù)的例子包括非線性失真、諧波失真、調(diào)制差異、屏蔽-噪聲比、響度不對稱性等等。
控制單元308將該品質(zhì)參數(shù)309轉(zhuǎn)換成用來控制嵌入器301的設(shè)置的適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)。該控制單元分別將控制信號310、311和312饋送到混合模塊303、水印產(chǎn)生模塊302和嵌入模塊305。每個控制信號包括一個或多個由該控制單元產(chǎn)生的控制參數(shù)。例如，所述控制參數(shù)可以控制嵌入?yún)?shù)(如水印嵌入強(qiáng)度、幀大小、時間/頻率分配等等，或者上述參數(shù)的組合)。例如，如果所測量的品質(zhì)較低，則可以向著提高加水印的信號的品質(zhì)的方向調(diào)整該嵌入模型和/或水印產(chǎn)生模塊和/或混合模塊的設(shè)置。另一方面，如果該品質(zhì)足夠高以至于允許更強(qiáng)的嵌入，則調(diào)整所述設(shè)置，以便允許將更多水印能量嵌入在該音頻信號中，從而提高所嵌入的水印的魯棒性。
上述從品質(zhì)參數(shù)到控制參數(shù)的變換可以包括簡單的縮放、其它簡單的變換函數(shù)(如混合矩陣)和/或更復(fù)雜的變換(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計方法等等)。
因此，在本實(shí)施例中，將經(jīng)調(diào)整的控制參數(shù)用于確定嵌入器設(shè)置，以用于該音頻信號的隨后部分。例如，在基于幀的嵌入系統(tǒng)中(其中將音頻信號劃分成幀，并且將水印嵌入在每個幀中)，基于加了水印的信號的給定幀的品質(zhì)調(diào)整控制參數(shù)，并且將所述控制參數(shù)應(yīng)用于隨后幀的水印嵌入。
應(yīng)當(dāng)注意到，在一個替換實(shí)施例中，所述嵌入模型僅控制水印產(chǎn)生模塊和混合模塊二者之一。同樣地，在替換實(shí)施例中，該控制單元可以僅將控制參數(shù)前送到該水印嵌入器的一個或兩個模塊。
附圖4表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的、在信息信號中嵌入水印的裝置的方框圖。根據(jù)本實(shí)施例，該裝置實(shí)現(xiàn)了一個兩級前饋機(jī)構(gòu)。
該裝置包括水印嵌入器401，該水印嵌入器包括嵌入模型405、水印產(chǎn)生模塊402以及混合模塊403。嵌入器401在音頻信號x中嵌入水印w，從而得到加水印的信號y’，正如上面連同附圖3中的嵌入器301所描述的那樣。將該加水印的信號y’饋送入品質(zhì)評估單元407，該品質(zhì)評估單元將該加水印的信號y’與延遲的音頻信號415作比較，該延遲的音頻信號通過適當(dāng)?shù)难舆t414從音頻信號x中產(chǎn)生。品質(zhì)評估單元407產(chǎn)生一組品質(zhì)參數(shù)409，并且將它們饋送到控制單元408中，該控制單元又產(chǎn)生一組控制參數(shù)410，正如上面連同附圖3中的品質(zhì)評估單元307和控制單元308所描述的那樣。
根據(jù)本實(shí)施例，該控制單元不控制嵌入器401，而是控制一個分開的混合模塊421。該混合模塊421接收延遲的音頻信號420，該延遲的音頻信號由延遲414和425適當(dāng)?shù)匮舆t，以便補(bǔ)償由嵌入器401、品質(zhì)評估單元407以及控制單元408引入的延遲?；旌夏K421進(jìn)一步接收延遲的水印信號423，該延遲的水印信號相應(yīng)于由水印產(chǎn)生模塊產(chǎn)生并由延遲424延遲的水印信號404。延遲424補(bǔ)償由品質(zhì)評估單元407和控制單元408引入的延遲，并且將延遲的水印信號423饋送入混合模塊421?；旌夏K421進(jìn)一步接收控制信號413，該控制信號由嵌入模塊405產(chǎn)生，以便控制該混合處理。同樣地，該控制信號由延遲424延遲，從而得到延遲的控制信號422。根據(jù)控制參數(shù)410和來自該嵌入模塊的延遲的控制信號422，該混合模塊將延遲的音頻信號420與延遲的水印信號423進(jìn)行組合，從而得到加水印的信號y，該加水印的信號構(gòu)成該裝置的輸出。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，重復(fù)嵌入處理的混合階段，其中根據(jù)在初始混合之后確定的感知參數(shù)，由控制電路設(shè)置該重復(fù)階段的混合參數(shù)。
本實(shí)施例的一個優(yōu)點(diǎn)在于提供了對嵌入系統(tǒng)的改進(jìn)控制，這是由于其去除了控制參數(shù)和受控系統(tǒng)之間的相對延遲。因此，進(jìn)一步提高了加了水印的信號的感知品質(zhì)，并且消除了不穩(wěn)定反饋系統(tǒng)的風(fēng)險。
應(yīng)當(dāng)注意到，這種前饋系統(tǒng)等效于一次迭代反饋系統(tǒng)，其中補(bǔ)償了控制參數(shù)和信號本身之間的延遲。
因此，在上述實(shí)施例中，公開了自校準(zhǔn)水印嵌入系統(tǒng)，其提供了加水印的信號的統(tǒng)一品質(zhì)。使用品質(zhì)評估單元不斷地調(diào)整水印的強(qiáng)度和/或嵌入算法的設(shè)置，以便保持統(tǒng)一的音頻品質(zhì)。
附圖5表示根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的音頻編碼的裝置的方框圖。該裝置包括對音頻信號x進(jìn)行編碼的音頻編碼器501。該音頻編碼器包括一個編碼器模型505，例如基于人類聽覺系統(tǒng)的心理聲學(xué)模型。該編碼器模型505產(chǎn)生一個位分配模式506，該位分配模式被饋送入量化模塊502。該音頻編碼器進(jìn)一步包括一個重構(gòu)模塊503，該重構(gòu)模塊從量化模塊502的輸出重構(gòu)該音頻信號。應(yīng)當(dāng)理解，該重構(gòu)模塊還從該編碼器模型505接收該位分配模式。將重構(gòu)的音頻信號x’饋送入品質(zhì)評估單元507，該品質(zhì)評估單元507將通過延遲電路514適當(dāng)延遲的原始音頻信號與該重構(gòu)的音頻信號x’作比較，并且產(chǎn)生相應(yīng)的品質(zhì)參數(shù)509，所述品質(zhì)參數(shù)被饋送入控制單元508。該控制單元將所述品質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)換成量化控制參數(shù)510。所述量化控制參數(shù)被饋送入第二量化模塊521。該第二量化模塊接收通過延遲514和525適當(dāng)延遲之后的音頻信號x。該第二量化模塊還接收在由延遲524適當(dāng)延遲之后的來自編碼器模型505的輸出506。第二量化模塊521基于從控制單元508接收的控制參數(shù)來執(zhí)行具有改進(jìn)的位分配的改進(jìn)量化。最后，在編碼器530中對第二量化模塊的輸出529進(jìn)行編碼，從而得到一個位流信號y。
因此，在上述內(nèi)容中，公開了一種自校準(zhǔn)音頻編碼器。應(yīng)當(dāng)注意到，上述裝置可以實(shí)現(xiàn)為通用或?qū)Ｓ每删幊涛⑻幚砥?、?shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯陣列(PLA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用電子電路等等或者它們的組合。
應(yīng)當(dāng)注意到，上述實(shí)施例是舉例說明而不是限制本發(fā)明，并且在不脫離所附的權(quán)利要求書的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計出許多替換實(shí)施例。
例如，在上述內(nèi)容中，主要結(jié)合音頻信號描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于其它信息信號，諸如視頻信號、多媒體信號、圖像等等。
可以將本發(fā)明概括如下。公開了一種處理信息信號的方法，包括將信號修改處理應(yīng)用于信息信號，從而得到經(jīng)處理的信號，其中通過至少一個控制參數(shù)來控制所述信號修改處理；將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較，以確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度；以及響應(yīng)于所確定的感知品質(zhì)的量度來調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)。本方法有利地在加水印和壓縮系統(tǒng)中使用，所述系統(tǒng)使用人類聽覺或視覺系統(tǒng)的模型來控制水印嵌入深度或壓縮比并且經(jīng)常不能保持恒定的信號品質(zhì)，這是因?yàn)樗鼈兒雎粤顺帘?噪聲比以外的其它偽信號。
在權(quán)利要求書中，放置在括號之間的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)理解為限制該權(quán)利要求?！鞍ā币辉~不排除在權(quán)利要求中列出的元件或者步驟以外的元件或步驟的存在。元件前的“一個”不排除多個這種元件的存在。
本發(fā)明可以通過包括幾個不同的元件的硬件以及通過適當(dāng)編程的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在列舉了幾種裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，可以將這些裝置中的幾個體現(xiàn)成同一項(xiàng)硬件。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引述某些措施這一事實(shí)不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種處理信息信號的方法，該方法包括—將信號修改處理應(yīng)用于一個信息信號，從而得到一個經(jīng)處理的信號，其中通過至少一個控制參數(shù)來控制所述信號修改處理；—將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較，以確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度；—響應(yīng)于所確定的感知品質(zhì)的量度來調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將該信息信號劃分成該信息信號的一個片段序列；其中應(yīng)用該信號修改處理的步驟包括將該信號修改處理應(yīng)用于所述信息信號片段中的第一個，從而得到該經(jīng)處理的信號的第一個片段；其中將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較的步驟包括將所述經(jīng)處理的信號的第一個片段與所述信息信號的第一個片段作比較；以及其中該方法進(jìn)一步包括將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于所述信息信號片段中的第二個，從而得到該經(jīng)處理的信號的第二個片段，其中通過所述經(jīng)調(diào)整的至少一個控制參數(shù)來控制該信號修改處理的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該信息信號的第二個片段是在該信息信號片段序列中的該信息信號的第一個片段之后的片段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該信息信號的第二個片段是該信息信號的第一個片段，其中延遲該信息信號的第一個片段，以補(bǔ)償將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較以及調(diào)整該至少一個控制參數(shù)這兩個步驟的持續(xù)時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括—延遲該信息信號，以補(bǔ)償將該經(jīng)處理的信號與該信息信號比較以及調(diào)整該至少一個控制參數(shù)這兩個步驟的持續(xù)時間；以及—將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于該延遲的信息信號，從而得到一個已修改的經(jīng)處理的信號，其中通過該經(jīng)調(diào)整的至少一個控制參數(shù)來控制該信號修改處理的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中該信號修改處理包括—根據(jù)一個水印嵌入模型確定一個水印信號；—在該信息信號中嵌入所確定的該水印信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中該信號修改處理包括—根據(jù)一個水印嵌入模型確定一個水印信號；—在該信息信號中嵌入所確定的該水印信號；其中通過該至少一個控制參數(shù)來控制嵌入所確定的水印信號的步驟；以及其中將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于該信息信號的步驟包括—延遲該信息信號，從而得到一個延遲的信號；以及—在該延遲的信號中嵌入所確定的該水印信號，其中通過該經(jīng)調(diào)整的至少一個控制參數(shù)來控制該嵌入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中該信息信號是音頻信號，并且該水印嵌入模型包括人類聽覺系統(tǒng)的心理聲學(xué)模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中該信息信號是音頻信號，并且該信號修改處理包括音頻編碼處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中該信息信號是音頻信號，并且該信號修改處理包括音頻編碼處理，該音頻編碼處理包括—為編碼音頻信號而確定一個位分配模式；以及—根據(jù)所確定的該位分配執(zhí)行對該音頻信號的量化，從而得到一個量化的信號；其中將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較的步驟包括—從該量化的信號重構(gòu)該音頻信號；以及—將該重構(gòu)的信號與該音頻信號作比較；其中調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)的步驟包括調(diào)整該位分配；以及其中將該信號修改處理的至少一部分應(yīng)用于該信息信號的步驟包括—延遲該音頻信號，從而得到一個延遲的信號；以及—根據(jù)該經(jīng)調(diào)整的位分配執(zhí)行對該延遲的信號的量化，從而得到一個經(jīng)處理的量化的信號。
11.一種用于處理信息信號的裝置，該裝置包括—信號處理裝置，用于將信號修改處理應(yīng)用于一個信息信號，從而得到一個經(jīng)處理的信號，其中通過至少一個控制參數(shù)來控制所述信號修改處理；—用于將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較、以確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度的裝置；以及—用于響應(yīng)于所確定的感知品質(zhì)的量度來調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)的裝置。
12.一種包括如權(quán)利要求11所述的裝置的設(shè)備。
13.通過根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法而產(chǎn)生的經(jīng)處理的信息信號。
全文摘要
一種處理信息信號的方法，包括將信號修改處理應(yīng)用于信息信號，從而得到經(jīng)處理的信號，其中通過至少一個控制參數(shù)來控制所述信號修改處理；將該經(jīng)處理的信號與該信息信號作比較，以確定該經(jīng)處理的信號的感知品質(zhì)的量度；以及響應(yīng)于所確定的感知品質(zhì)的量度來調(diào)整所述至少一個控制參數(shù)。該方法有利地用在加水印和壓縮系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)使用人類聽覺或視覺系統(tǒng)的模型來控制水印嵌入深度或壓縮比并且經(jīng)常不能保持恒定的信號品質(zhì)，這是因?yàn)樗鼈兒雎粤顺帘危肼暠纫酝獾钠渌鼈涡盘枴?br> 文檔編號G10L19/018GK1748246SQ200480003699
公開日2006年3月15日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者M·范德維恩, A·N·勒馬, J·F·阿普雷亞, A·A·M·L·布魯克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司