DE602004006401T2

DE602004006401T2 - Aktualisieren eines verborgenen datenkanals

Info

Publication number: DE602004006401T2
Application number: DE602004006401T
Authority: DE
Inventors: Arnoldus W. Oomen
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: US20060069549A1; DE602004006401D1; EP1614103A1; CN1771532A; EP1614103B1; ATE362167T1; WO2004090868A1; KR20050122244A; JP2006522949A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Unterhaltungselektronik, und insbesondere das Aktualisieren von Zusatzdaten, die in Audiosamples eines Mediensignals vorgesehen sind.
STAND DER TECHNIK
Es besteht ein Bedarf, abrufbare Zusatzinformation bereitzustellen, die sich auf Audiosamples eines Mediensignals bezieht oder nicht. Diese Zusatzinformation kann ein zusätzlicher Kommentar, der zum Beispiel ein anzeigbarer Untertitel oder Text ist, ein zusätzlicher Tonkanal, ein mehrsprachiger Sprachdienst, Karaoke oder Video sein. Die Information kann auch Information über die Anzahl der Kopien sein, die vom Käufer eines Inhalts angefertigt werden dürfen.
WO-A-95/18523 beschreibt die Verwendung eines verborgenen Datenkanals für derartige Zusatzdaten in den niederwertigsten Bits von Samples von codiertem Ton. Das Dokument beschreibt auch die Verwendung einer speziellen Verarbeitung, um zu bestimmen, wie viele der Samples für den Datenkanal genutzt werden können. Dazu wird das Schallspektrum analysiert, und ein Maskierungsfehler wird bestimmt, unter welchem der Einfluss der Information im verborgenen Datenkanal vorzusehen ist, um nicht wahrnehmbar zu sein.
Diesbezüglich besteht für den Käufer eines Inhalts ein Bedarf, die Zusatzdaten aktualisieren zu können. Ein solches Beispiel ist, dass der Besitzer eines bestimmten Inhalts berechtigt sein kann, eine Anzahl von Kopien des Inhalts anzufertigen. Es wäre daher vorteilhaft, wenn der Inhalt Zusatzinformation einschließen könnte, die von einem Benutzer beeinflusst werden kann, wie das Ändern des Werts eines Kopierzählers. Andere Beispiele können das Einfügen eigener Kommentare in ein Musikstück beinhalten.
Bei der Aktualisierung der Daten im verborgenen Datenkanal wird oft eine sogenannte Tandem-Codierung des eigentlichen Audiosignals durchgeführt, was bedeutet, dass die Samples des Mediensignals mehreren Codierungs- und Decodierungsschritten unterzogen werden. Dabei geht die Spektralform der Zusatzinformation verloren, was bedeutet, dass die obige Analyse zum Einfügen der neuen Zusatzdaten in die Samples wiederholt werden müsste, um zu bestimmen, wie die aktualisieren Daten einzufügen sind, ohne wahrnehmbar zu sein. Abgesehen davon, dass dies kompliziert durchzuführen ist, würde die dazu benötigte Vorrichtung teuerer werden, was nachteilig ist, wenn die Vorrichtung für einen Verbrauchermarkt bestimmt ist.
Prandoni P. und Vetterli M.: „Perceptually hidden data transmission over audio signals", IEEE ICASSP 1998, offenbaren eine Datenübertragungsgrundstruktur, um Digitaldaten auf nicht oder kaum wahrnehmbare Weise in ein Audiosignal einzubetten. Das resultierende Signal kann unverändert ohne Verlust an akustischer Qualität wiedergegeben werden; die eingebetteten Daten können im Decoder genau wiederhergestellt werden. Der Übertragungsprozess nutzt die Wahrnehmungsredundanz des Audiosignals aus, um den akustischen Einfluss der eingebetteten Daten zu verbergen; das Codieren von Nebeninformation wird verwendet, um den Empfänger der zeitveränderlichen Struktur über die Maskierungseigenschaften des Audiosignals zu informieren.
Demnach besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Einfügen von Daten in einen verborgenen Datenkanal, das die Änderung der Daten erlaubt und es ermöglicht, diese Änderung ohne Verschlechterung der Tonqualität durchzuführen, und ohne die Vorrichtung, die die Änderung/den Zusatz von Daten durchführt, komplexer und dadurch teurer zu machen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zum Ändern der verborgenen Daten in einem verborgenen Datenkanal eines Mediensignals, das Audiosamples umfasst, ohne das Mediensignal zur Bereitstellung eines aktualisierten verborgenen Kanals analysieren zu müssen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren erreicht, das die Änderung von Daten in einem verborgenen Datenkanal erlaubt, der in einem Mediensignal vorgesehen ist, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation enthält, umfassend die Schritte des:
Vorsehens eines verborgenen Datenkanals, der eine bestimmte Spektralform aufweist, in den Audiosamples des Mediensignals,
Einfügens von Nutzdaten in den verborgenen Datenkanal, und
Einfügens von Information, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht, in den verborgenen Datenkanal,
wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten umfasst, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Ändern von Daten erreicht, die in einem Mediensignal verborgen sind, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation enthält, umfassend die Schritte des:
Extrahierens von Information, die der Spektralform eines verborgenen Datenkanals entspricht, wobei dieser Kanal Nutzdaten umfasst und in mindestens in einigen der Audiosamples vorgesehen ist,
Aktualisierens der Nutzdaten,
Einfügens von Daten, die die aktualisierten Nutzdaten enthalten, in mindestens einige Audiosamples, und
Verwendens der Spektralform-Information, um die Spektralform der Daten im verborgenen Datenkanal mit den aktualisierten Nutzdaten zu modifizieren.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung zum Einfügen von Information erreicht, die eine Änderung in den Daten eines verborgenen Datenkanals erlaubt, der in einem Mediensignal vorgesehen ist, das mindestens einen Satz digitaler Audiosamples enthält, umfassend:
einen Digitalmedien-Quelleingang, um mindestens einen Satz digitaler Audiosamples zu empfangen, und
eine Dateneinfügeeinheit, angeordnet, um:
einen verborgenen Datenkanal, der eine bestimmte Spektralform hat, in den Audiosamples des Mediensignals vorzusehen,
Nutzdaten in den verborgenen Datenkanal einzufügen, und
Information, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht, in den verborgenen Datenkanal einzufügen,
wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten umfasst, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Ändern von Daten erreicht, die in einem Mediensignal verborgen sind, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation enthält, umfassend:
eine Steuereinheit, angeordnet, um aus diesem verborgenen Datenkanal Information zu extrahieren, die der Spektralform eines verborgenen Datenkanals entspricht, wobei dieser Kanal Nutzdaten umfasst und in mindestens in einigen der Audiosamples vorgesehen ist,
einen Prozessor für verborgene Daten, angeordnet, um die Nutzdaten zu aktualisieren, und
eine Dateneinfügeeinheit, angeordnet, um Daten, die die aktualisierten Nutzdaten enthalten, in mindestens einige Audiosamples einzufügen, unter Verwendung der Spektralform-Information, um die Spektralform der Daten im verborgenen Datenkanal mit den aktualisierten Nutzdaten zu modifizieren.
Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe auch durch ein Mediensignal erreicht, umfassend mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation, umfassend:
einen verborgenen Datenkanal in mindestens einem der Audiosamples, der Information umfasst, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht,
wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten enthält, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe auch durch ein beschriebenes Medium erreicht, umfassend ein Mediensignal, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation einschließt, wobei dieses Signal umfasst:
einen verborgenen Datenkanal in mindestens einem der Audiosamples, der Information umfasst, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht,
wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten enthält, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass sie einen weniger komplexen und billigeren Codierer ermöglicht, wenn die Audiosamples eines Mediensignals mit einem aktualisierten verborgenen Datenkanal neu codiert werden.
Die Grundidee hinter der Erfindung ist also, Information über die Spektralform eines verborgenen Datenkanals bereitzustellen, die im verborgenen Datenkanal vorgesehen ist, der in einem Mediensignal vorhanden ist.
Der Ausdruck Nutzdaten bezieht sich auf Daten, die einen Informationsinhalt aufweisen, im Gegensatz zu Daten, die zur Steuerung des Bereitstellens eines verborgenen Datenkanals verwendet werden.
Diese und andere Aspekte der Erfindung gehen aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei
1 ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Systems zeigt, das Spektralform-Information verwendet;
2 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einfügen von Spektralform-Information in die Samples eines Mediensignals zeigt;
3 ein erfindungsgemäßes Signal mit einem Rahmen aus einer Anzahl von Audiosamples zeigt, der einem verborgenen Datenkanal aufweist;
4 einen Kopfsatz des verborgenen Datenkanals in 3 zeigt;
5 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrahieren und Verwenden der Spektralform-Information aus dem verborgenen Datenkanal zeigt;
6 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einfügen der Spektralform-Information in einen verborgenen Datenkanal zeigt;
7 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Extrahieren und Verwenden der Spektralform-Information in Bezug auf einen verborgenen Datenkanal zeigt;
8 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Einheit zum Einfügen von Daten in einen verborgenen Datenkanal zeigt;
9 eine optische Platte zeigt, auf welcher ein erfindungsgemäßes Mediensignal gespeichert ist, das den verborgenen Datenkanal mit der Spektralform-Information aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Bereitstellens von Zusatzinformation in digitalen Mediensignalen mit Audiosamples. Das Mediensignal ist in der bevorzugten Ausführungsform ein Audiosignal. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf Audio, sondern kann auf andere Mediensignale wie zum Beispiel Video angewandt werden, wenn sie Audiosamples umfassen.
1 zeigt ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine erste Vorrichtung 10 auf einer Senderseite, um in den Audiosamples des Mediensignals Zusatzinformation bereitzustellen, d. h., zum Einfügen von Information, die das Ändern von Daten in einem verborgenen Datenkanal erlaubt, und eine zweite Vorrichtung 15 auf einer Empfängerseite, um die Zusatzinformation in den Audiosamples des Mediensignals zu extrahieren und die im Mediensignal verborgenen Daten zu ändern. Die erste Vorrichtung 10 umfasst eine Audiosample-Quelle 11, die eine Anzahl von Audiosamples in Form von PCM (Pulskodemodulation)-Samples umfasst, zum Beispiel in einen oder mehreren Titeln, die auf einer bespielten CD vorliegen. Die Quelle 11 ist mit einer Einheit 13 zur Hörbarkeitsbestimmung oder Erzeugung eines maskierten Fehlerspektrums verbunden, die Hörschwellen für Audiosamples in einer begrenzten Samplezahl bereitstellt, wie z. B. für einen Rahmen, der 1152 Samples enthält. Die Einheit 13 ist mit einer Dateneinfügeeinheit 14 verbunden und stellt die Samples S sowie die Hörschwelleninformation (durch eine gestrichelte Linie angezeigt) bereit, die benutzt wird, um die Größe des verborgenen Datenkanals und die Filterkoeffizienten zum Erzeugen der Spektralform des verborgenen Datenkanals zu bestimmen. Die Einheit 14 weist demnach einen Eingang auf, um PCM-Samples S zu empfangen, und einen Eingang, um die Hörschwelleninformation zu empfangen. Die Dateneinfügeeinheit 14 ist auch mit einer Datenbereitstellungseinheit 12 verbunden, die der Dateneinfügeeinheit 14 Daten D bereitstellt, nachstehend als Nutzdaten bezeichnet, die in den PCM-Samples zu verbergen sind. Die Dateneinfügeeinheit 14 richtet einen verborgenen Datenkanal in den Audiosamples S ein, wo die Nutzdaten vorgesehen werden. Die Größe des Kanals wird durch die empfangene Hörschwelleninformation bestimmt. Die Dateneinfügeeinheit 14 stellt Samples S' bereit, die den verborgenen Datenkanal enthalten. Die Vorrichtung 15 empfängt die PCM-Samples S' mit dem verborgenen Datenkanal in einer Empfangseinheit 16. Die Nutzdaten D im verborgenen Datenkanal werden extrahiert und dem Prozessor 17 für verborgene Daten zugeführt. Die empfangenen PCM-Samples S' werden auch einem Audioprozessor 18 zugeführt, und daher bleiben die verborgenen Daten auch für den Audioprozessor in den Samples erhalten. Die Vorrichtung 15 umfasst auch eine Dateneinfügeeinheit 19 grundsätzlich gleichen Typs wie die Dateneinfügeeinheit in der Vorrichtung 10. Diese Einheit 19 empfängt aktualisierte Daten D', PCM-Samples S' sowie Synchronisations- und Zuordnungsdaten und Spektralform-Information (mit einer gestrichelten Linie angezeigt) von der Steuereinheit 16. Die Dateneinfügeeinheit 19 stellt PCM-Samples S'' mit einem verborgenen Datenkanal bereit, der aktualisierte Nutzdaten D' aufweist.
Die Nutzdaten D, die von der Datenbereitstellungseinheit 12 und vom Prozessor 17 für verborgene Daten bereitgestellt werden, können in Form von zusätzlichen Kommentaren wie z. B. anzeigbare Untertitel oder Text, eines zusätzlichen Tonkanals, eines mehrsprachigen Sprachdienstes, Karaoke oder Video sein. Sie können kann auch Information wie die Zahl der zulässigen Kopien sein, die von einem bestimmten Inhalt angefertigt werden dürfen. Die Daten können überdies auch Wasserzeichen umfassen, die im Fall des Prozessors 17 für verborgene Daten geänderte oder aktualisierte Wasserzeichen sein können.
2 zeigt ein Blockschema der Dateneinfügeeinheit 14, die einen ersten Puffer 20 zum Empfangen der in den verborgenen Datenkanal einzufügenden Nutzdaten D und einen zweiten Puffer 22 zum Empfangen der PCM-Samples S umfasst. Im zweiten Puffer werden die PCM-Samples zu Samples einer kleineren Größe quantisiert, um Platz für Nutzdaten D zu schaffen. Der Block umfasst auch eine Steuereinheit 24, welche die Synchronisations- und Zuordnungsinformation für den verborgenen Datenkanal auf der Basis der empfangenen Hörschwelleninformation bestimmt. Die Steuereinheit 24 bestimmt auch die Spektralform des verborgenen Datenkanals und die Filterkoeffizienten, die zu verwenden sind, um diese Spektralform zu erzeugen. Die Steuereinheit 24 versorgt den ersten und zweiten Puffer 20 und 22 mit Information darüber, wie viele Bits jedes PCM-Originalsamples S verborgene Daten zu enthalten haben. Die Bestimmung erfolgt dynamisch für eine Anzahl von Sample-Blöcken auf der Basis der Information von der Hörbarkeitsbestimmungseinheit. Die Steuereinheit 24 und die zwei Puffer 20 und 22 sind auch mit einem Kombinator 26 verbunden, in welchem die Daten in die niederwertigsten Leerbits der aufgezeichneten PCM-Samples eingefügt werden. Die Steuereinheit 24 leitet auch die Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie die Information über die Spektralform des verborgenen Datenkanals zum Einfügen in den verborgenen Datenkanal an den Kombinator 26 weiter. Die Datenaktualisierungseinheit 19 auf der Empfängerseite umfasst die gleichen Einheiten wie die Einheit 14 auf der Senderseite. Dort ist die Steuereinheit aber leicht abweichend.
Ein CD-Audiosignal umfasst normalerweise zwei Kanäle, einen linken und einen rechten Kanal, in welche verborgene Daten eingefügt werden können. 3 zeigt allgemein, wie ein verborgener Kanal in diesen beiden Kanälen vorgesehen werden kann. Zuerst werden die Samples in Rahmen Fr unterteilt, wobei ein Rahmen aus 1152 PCM-Samples besteht. Jeder Rahmen Fr wird dann in drei verschiedene Unterrahmen SF0, SF1 und SF2 unterteilt. Es ist stets möglich, die zwei niederwertigsten Bits jedes PCM-Samples als verborgenen Datenkanal vorzusehen, und daher können die zwei niederwertigsten Bits stets für einen Kopfsatz vorgesehen werden, der Zuordnungs- und Synchronisationsinformation enthält, die verwendet wird, um die Art der verborgenen Nutzdaten anzugeben. In 3 werden für einen Frame Fr zwei Kanäle gezeigt, ein rechter und ein linker Kanal R CH und L CH. In jedem Kanal ist ein verborgener Datenkanal vorgesehen. Der rechte Kanal R CH weist in all seinen Unterrahmen einen verborgenen Datenkanal auf, während der linke Kanal L CH nur im zweiten und dritten Unterrahmen SF1 und SF2 einen verborgenen Datenkanal aufweist. Die ersten Samples von Unterrahmen, die einen verborgenen Kanal enthalten, weisen stets ein Feld oder einen Kopfsatz 30 mit Synchronisations- und Zuordnungsinformation auf, an dem eine CRC-Prüfung 32 angehängt ist. Dieser Abschnitt ist im Teil des verborgenen Kanals vorgesehen, der stets verfügbar ist. Diese Information gibt daher an, wie groß der verborgene Datenkanal ist, sowie ob und in welchen Samples ein verborgener Datenkanal vorgesehen ist. Erfindungsgemäß schließt der Kopfsatz auch Information bezüglich der Spektralform des verborgenen Datenkanals ein. Je nach den Eigenschaften der PCM-Samples können mehr oder weniger Bits für Nutzdaten 34 vorgesehen werden, wobei der rechte Kanal R CH mit mehr Platz dafür in den ersten und zweiten Unterrahmen SF0 und SF1 gezeigt wird, während der dritte Unterrahmen SF2 dieses Kanals eine noch größere Kapazität hat. Der linke Kanal L CH weist keine Zusatzkapazität im zweiten Unterrahmen SF1 auf, während er im dritten Unterrahmen SF2 etwas mehr Zusatzkapazität aufweist. Die Kapazität wird durch die oben erwähnte Hörschwelleninformation auf einer unterrahmenweisen Basis entschieden. Die Nutzdaten 34 schließen hier die oben genannten Daten ein, die auf der Empfängerseite zu verarbeiten sind. Der letzte Unterrahmen ist am Ende im verborgenen Kanal mit einer CRC-Prüfung 46 versehen. Diese CRC-Prüfung ist zur Fehlerkorrektur der Nutzdaten vorgesehen.
4 zeigt allgemein den Kopfsatz 30 mit der CRC-Prüfung 32. Der Kopfsatz umfasst demnach ein Synchronisations- und Zuordnungsfeld 40 sowie ein Feld 42, das Information über die Spektralform des verborgenen Datenkanals einschließt, wobei diese Information in digitaler Form vorliegt.
5 zeigt ein Blockschema eines Empfängers oder einer Vorrichtung zum Ändern von Daten, die in den PCM-Samples verborgen sind. Die Empfangseinheit 16 umfasst einen Eingabepuffer 50, wo die PCM-Samples S' empfangen werden, eine Steuereinheit 52, welche die Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie die Spektralform-Information aus dem verborgenen Datenkanal extrahiert und dem Audioprozessor 18 alle empfangenen PCM-Samples S' zuführt. Die Nutzdaten werden dann in Abhängigkeit von der Synchronisations- und Zuordnungsinformation dem Prozessor 17 für verborgene Daten zugeführt. Der Prozessor für verborgene Daten aktualisiert die Nutzdaten der verborgenen Daten, zum Beispiel, indem er einen Kopierzähler in den Nutzdaten inkrementiert oder ein Wasserzeichen verändert, und leitet dies an die Dateneinfügeeinheit 19 der Empfangsvorrichtung weiter. Dementsprechend führt auch der Audioprozessor 18 der Dateneinfügeeinheit 19 PCM-Samples zu, vielleicht während eines Kopiervorgangs des Inhalts oder von Audiosamples, und nachdem mehrere Codierungs- und Decodierungsschritte durchgeführt wurden. Die Steuereinheit 52 leitet auch die Spektralform-Information an die Dateneinfügeeinheit des Empfangsgeräts weiter. Sie leitet auch die extrahierte Synchronisations- und Zuordnungsinformation weiter. Die Dateneinfügeeinheit 19 fügt dann unter Verwendung der Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie der Spektralform-Information die aktualisierten Daten in den verborgenen Datenkanal ein. Wie dies durchgeführt wird, wird weiter unten ausführlicher beschrieben. Wie oben erwähnt, entspricht die Dateneinfügeeinheit 19 im Wesentlichen der Einheit 14. Es gibt aber einen Unterschied. Die Steuereinheit der Dateneinfügeeinheit 19 braucht die Synchronisations- und Zuordnungsinformation oder die geeignete Spektralform des verborgenen Datenkanals nicht zu bestimmen, da dies bereits geschehen ist.
Die erfindungsgemäßen Verfahren werden nun Bezug nehmend auf 6 und 7 kurz beschrieben, welche die Verfahrensschritte zeigen, die auf der Sender- und Empfangerseite durchgeführt werden.
Zuerst wird in den PCM-Samples des Mediensignals der verborgene Datenkanal vorgesehen, der eine bestimmte Spektralform aufweist, Schritt 60. Der Datenkanal wird mit einer bestimmten Spektralform so vorgesehen, dass die Daten im verborgenen Datenkanal die Audiowahrnehmung möglichst wenig beeinflussen. Auch die Größe des Kanals wird wie oben beschrieben auf der Basis der Audioeigenschaften in den Samples bestimmt. Danach werden die Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie Information in Bezug auf die Spektralform des Kanals in den Kopfsatz eingefügt, Schritt 62. Dann werden die Nutzdaten in den Kanal eingefügt, Schritt 64. Die Synchronisations- und Zuordnungsinformation wird auf einer unterrahmenweisen Basis auf der Basis der Eigenschaften der PCM-Samples berechnet, wie auch die Spektralform-Information. Die Synchronisations- und Zuordnungsinformation, die Information bezüglich der Spektralform des Kanals und die Nutzdaten werden hier in allen Unterrahmen jedes Rahmens vorgesehen, der einen verborgenen Datenkanal aufweist.
Auf der Empfängerseite werden die Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie die Information bezüglich der Spektralform des Kanals aus dem verborgenen Datenkanal extrahiert, Schritt 70. Danach werden die Nutzdaten auf der Basis dieser Information aus dem verborgenen Datenkanal extrahiert, Schritt 72. Die Nutzdaten werden dem Prozessor für verborgene Daten zugeführt, der die Nutzdaten aktualisiert, Schritt 74. Zugleich verarbeitet auch der Audioprozessor die PCM-Samples, Schritt 74, zum Beispiel, indem er zulässige Kopien anfertigt. Für eine Audio-Kopie wird dann wieder in den PCM-Samples ein verborgener Datenkanal vorgesehen, Schritt 76. In diesem Kanal wird die zuvor extrahierte Information bezüglich der Spektralform zusammen mit der Synchronisations- und Zuordnungsinformation verwendet, um den Kanal vorzusehen. Danach werden die Synchronisations- und Zuordnungsinformation und die Spektralform-Information in den Kopfsatz des neu erzeugten verborgenen Datenkanals eingefügt, Schritt 78. Schließlich werden die aktualisieren Daten dann in die Nutzinformation des verborgenen Datenkanals eingefügt, Schritt 79.
In 8 wird auf detailliertere Weise gezeigt, wie das Einfügen von Daten D durchgeführt werden kann. Die Daten D, die für einen verborgenen Kanal vorgesehen sind, werden durch eine Zufallsverteilungseinheit 81 mithilfe einer Zufallsfunktion R zufällig verteilt. Die PCM-Originalsamples S werden einer ersten Subtraktionseinheit 80 zugeführt, mit welcher der Ausgang einer Rauschspektrum-Formungseinheit 89 mit einer Funktion H verbunden ist. In einer Ausführungsform ist diese Rauschspektrum-Formungs einheit ein FIR-Filter. Die erste Subtraktionseinheit 80 ist mit einer zweiten Subtraktionseinheit 82 verbunden, mit der auch der Ausgang der Zufallsverteilungseinheit 81 verbunden ist. Die zweite Subtraktionseinheit 82 ist mit einer Quantisierungseinheit 84 mit einer Quantisierungsfunktion Q verbunden, wobei der Ausgang der Quantisierungseinheit 84 mit einer Additionseinheit 86 verbunden ist, wobei mit dieser Additionseinheit 86 auch der Ausgang der Zufallsverteilungseinheit 81 verbunden ist. Die Additionseinheit 86 gibt auch ein Ausgangssignal S' aus. Das Ausgangssignal S' wird der Empfängerseite zugeführt, wird aber auch einer dritten Subtraktionseinheit 87 zugeführt, die auch mit der ersten Subtraktionseinheit 80 verbunden ist. Die dritte Subtraktionseinheit 87 ist zudem mit dem Eingang der Rauschspektrum-Formungseinheit 89 verbunden.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung in 8 ist wie folgt. Daten D für einen verborgenen Datenkanal werden der Zufallsverteilungseinheit 81 zugeführt, die die Daten einer reversiblen Zufallsfunktion R gemäß zufällig verteilt, wobei diese Zusatzdaten eine Anzahl der niederwertigsten Bits des Audiosamples ausmachen werden. Die zufällige Verteilung kann durch eine CRC-Schaltung erfolgen, die eine angezapfte Verzögerungsleitung und eine Anzahl von exklusives-ODER-Glieder aufweist, die exklusives-ODER-Kombinationen an den verzögerten Eingabedatenbits durchführen. Diese zufällig verteilten niederwertigsten Bits werden daher in Form eines Zittersignals bereitgestellt und zuerst von den PCM-Samples S subtrahiert. Das aus der Subtraktion resultierende Signal wird dann in der Quantisierungseinheit 84 so quantisiert, dass eine Anzahl der niederwertigsten Bits von den PCM-Samples verworfen werden. Die Zahl der verworfenen Bits wird wie oben erwähnt dynamisch bestimmt, indem die Hörschwelle und in diesem Fall das maskierte Fehlerspektrum der PCM-Samples analysiert werden. Zu diesem quantisierten Signal werden dann die Daten D in Form der zufällig verteilten niederwertigsten Bits oder des Zittersignals hinzugefügt, wobei die Zahl der eingefügten Bits auch durch dynamische Analyse des maskierten Fehlerspektrums bestimmt wird. Das Ergebnis wird als ein Signal S' bereitgestellt, mit den PCM-Samples, die den verborgenen Datenkanal enthalten. Die dritte Subtraktionseinheit 87 stellt ein Fehlersignal zwischen den Eingabe-PCM-Samples S und den Ausgabe-PCM-Samples S' bereit, das der Rauschspektrum-Formungseinheit 89 zugeführt wird. Die Rauschspektrum-Formungseinheit 89 ist ein rauschformendes Filter, das auf der Basis des Fehlersignals das weiße Grundrauschen formt und es vom Eingangssignal S subtrahiert. Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird in WO-A-95/18523 ausführlicher beschrieben.
Die Vorrichtung in 8 kann in beiden Dateneinfügeeinheiten verwendet werden. Da die Filterkoeffizienten und die Zeitsteuerungs- und Zuordnungsinformation aber bereits im Signal vorgesehen wurden, besteht für die Hörbarkeitsbestimmungseinheit und ihre Funktionalität auf der Empfängerseite keine Notwendigkeit. Es ist auch nicht erforderlich, in der Steuereinheit der Dateneinfügeeinheit die Filterkoeffizienten zu bestimmen. Dies vereinfacht die Empfängerseite erheblich und macht sie auch billiger herzustellen.
Was in den Kopfsatz des verborgenen Datenkanals eingefügt wird, ist Information über Filterkoeffizienten, die in der Rauschspektrum-Formungseinheit 89 zu verwenden sind. Dadurch ist es für die Empfängerseite nicht notwendig, ein maskiertes Fehlerspektrum zu bestimmen und diese Koeffizienten dann auf der Basis des Spektrums zu bestimmen, sondern sie kann diese Information direkt auf die Rauschspektrum-Formungseinheit anwenden. Dies ist zum Beispiel notwendig, weil während des Kopierens des Inhalts eine sogenannte Tandem-Codierung durchgeführt werden kann, wo die PCM-Samples mehreren Codierungs- und Decodierungsschritten unterzogen werden. In solchen Fällen geht die Spektralform-Information normalerweise verloren. Wenn die Daten im verborgenen Datenkanal geändert werden sollen, d. h., wieder eingefügt werden sollen, besteht eine Gefahr, dass die Audioqualität wahrnehmbar verschlechtert wird, wenn kein weißes Grundrauschen eingefügt wird.
Die Filterkoeffizienten, die im verborgenen Datenkanal vorgesehen werden, sind eine quantisierte Version der Gleitkommaparameter, die in Form von LOG-Area-Ratios vorliegen. Dies erfolgt, um die Differenzen zwischen den Absolutwerten der Parameter zu minimieren, die signifikant sein können. Diese Differenzen können sonst unnötige Fehler verursachen. Es gibt auch andere Weisen, die Filterkoeffizienten bereitzustellen. Andere Weisen bestehen darin, sie in andere Domänen wie z. B. Reflektions- oder Parcors-Parameter umzuwandeln. Sie können natürlich auch als direkte binäre Darstellungen der Gleitkommaparameter vorgesehen werden.
Oben wurde erwähnt, dass die Nutzdaten mit einer Zittersignalcodierungsfunktion R codiert wurden. Um diese Daten zu decodieren, umfasst der Prozessor für verborgene Daten auch eine inverse Codierungsfunktion R^–1, um das Zittersignal zu decodieren. Es wird bevorzugt, den Kopfsatz nicht mit der Codierungsfunktion R zu codieren, um die Information leichter aufzufinden und zu decodieren. Aufgrund der geringen Größe des Kopfsatzes wird dieser ohnehin einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Audiowahrnehmung haben. Es ist jedoch möglich, auch den Kopfsatz zu codieren.
Die Erfindung kann auf viele Weisen abgeändert werden. Zum Beispiel können die Daten im verborgenen Datenkanal ohne Verwendung der Zufallsfunktion R bereitgestellt werden, dann besteht aber eine Gefahr, dass die Qualität des Audiosignals auf wahrnehmbare Weise verschlechtert wird. Es versteht sich auch, dass jeder geeignete Übertragungskanal den Kanal zwischen der Sender- und Empfängerseite bilden kann. Die Steuereinheit auf der Empfängerseite muss die Nutzdaten nicht extrahieren, um sie dem Prozessor für verborgene Daten zuzuführen. Es ist dem Prozessor für verborgene Daten auch möglich, direkt neue Daten für den verborgenen Datenkanal vorzusehen, ohne die darin enthaltenen Daten zu empfangen.
Die Spektralform-Information sowie die Synchronisationsinformation können auf einer rahmenweisen Basis entschieden werden, statt auf einer unterrahmenweisen Basis. Das Mediensignal kann auch auf ein Speichermedium wie eine CD-Disk gespeichert sein, die der Empfängerseite dann auf geeignete Weise übermittelt werden kann, um den Kanal bereitzustellen. 9 zeigt solch eine Disk 90. Es brauchen auch nicht zwei Kanäle mit Audiosamples vorhanden zu sein, d. h. ein linker und rechter, sondern die Erfindung kann auch nur mit einem Kanal Audiosamples angewandt werden. Die Empfängerseite braucht ferner kein Audio zu verarbeiten. Die Spektralinformation braucht auch nicht im aktualisierten verborgenen Datenkanal vorgesehen zu werden.

6

60: Verborgenen Datenkanal in PCM-Samples des Mediensignals vorsehen
62: Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie Information, die der Spektralform entspricht, in den Kopfsatz des verborgenen Datenkanals einfügen
64: Nutzdaten in den verborgenen Datenkanal einfügen

7

70: Synchronisations- und Zuordnungsinformation zusammen mit Information, die der Spektralform entspricht, aus dem verborgenen Datenkanal extrahieren
72: Nutzdaten aus dem verborgenen Datenkanal extrahieren
74: Nutzdaten aktualisieren und PCM-Samples verarbeiten
76: Verborgenen Datenkanal in verarbeiteten PCM-Samples des Mediensignals unter Verwendung der extrahierten Spektralform-Information vorsehen
78: Synchronisations- und Zuordnungsinformation sowie Spektralform-Information in den Kopfsatz des verborgenen Datenkanals einfügen
79: Nutzdaten in den verborgenen Datenkanal einfügen

Claims

Verfahren, um die Änderung von Daten in einem verborgenen Datenkanal (30, 32, 34, 36) zu erlauben, der in einem Mediensignal (S) vorgesehen ist, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation enthält, umfassend die Schritte des: Vorsehens eines verborgenen Datenkanals (30, 32, 34, 36), der eine bestimmte Spektralform aufweist, in den Audiosamples des Mediensignals, (Schritt 60), Einfügens von Nutzdaten (D) in den verborgenen Datenkanal, (Schritt 64), und Einfügens von Information, die der Spektralform (42) des verborgenen Datenkanals entspricht, in den verborgenen Datenkanal, (Schritt 62), wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten umfasst, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Information, die der Spektralform entspricht, digital ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Koeffizienten als quantisierte Log-Area-Ratio (LAR)-Koeffizienten dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend die Schritte des Bestimmens eines maskierten Fehlerspektrums für den verborgenen Datenkanal, des Bestimmens von Filterkoeffizienten auf der Basis des maskierten Fehlerspektrums, des Bestimmens der Zahl der Bits, die in mindestens ein Audiosample einzufügen sind, und des Bereitstellens dieser Koeffizienten an ein Filter zum Erzeugen der Spektralform des verborgenen Datenkanals.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der verborgene Datenkanal einen Kopfsatz (30) umfasst und der Schritt des Einfügens von Information, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht, das Einfügen der Information in den Kopfsatz des verborgenen Datenkanals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, außerdem umfassend den Schritt des Einfügens von Synchronisations- und Zuordnungsinformation (40) in den Kopfsatz des verborgenen Datenkanals, wobei diese Information die Extraktion von Daten im verborgenen Datenkanal ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend den Schritt des zufälligen Verteilens der in den verborgenen Datenkanal einzufügenden Daten in Form eines Zittersignals, das codiert ist, um die Decodierung zur Wiederauffindung der Daten zu erlauben.
Verfahren, um Daten zu ändern, die in einem Mediensignal (S) verborgen sind, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation enthält, umfassend die Schritte des: Extrahierens von Information, die der Spektralform (42) eines verborgenen Datenkanals entspricht, aus diesem verborgenen Datenkanal (30, 32, 34, 36), wobei dieser Kanal Nutzdaten (D) umfasst und in mindestens in einigen der Audiosamples vorgesehen ist, (Schritt 70), Aktualisierens der Nutzdaten, (Schritt 74), Einfügens von Daten, die die aktualisierten Nutzdaten einschließen, in mindestens einige Audiosamples (Schritt 79), und Verwendens der Spektralform-Information, um die Spektralform der Daten im verborgenen Datenkanal mit den aktualisierten Nutzdaten zu modifizieren, (Schritt 76).
Verfahren nach Anspruch 8, außerdem umfassend den Schritt des Extrahierens der Nutzdaten im verborgenen Datenkanal, (Schritt 72).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Information, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht, Information über eine Zahl von Koeffizienten umfasst, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals geändert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Verwendens der Spektralform-Information zum Modifizieren der Spektralform der Daten im verborgenen Datenkanal das Verwenden der Spektralform-Koeffizienten in einem Filter zur Formung des Rauschspektrums umfasst, das verwendet wird, wenn die die Nutzdaten enthaltenden Daten in den verborgenen Datenkanal eingefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Koeffizienten als quantisierte Log-Area-Ratio (LAR)-Koeffizienten dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Koeffizienten zu einer anderen Domäne umgewandelt wurden.
Verfahren nach Anspruch 8, außerdem umfassend den Schritt des Extrahierens der Synchronisations- und Zuordnungsinformation aus dem verborgenen Datenkanal (Schritt 70) und des Extrahierens von Daten im verborgenen Datenkanal auf der Basis dieser Synchronisations- und Zuordnungsinformation.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ursprünglich vorgesehenen Daten im verborgenen Datenkanal als auf reversible Weise codiertes Zittersignal vorgesehen sind, um die Wiederauffindung von Daten zu ermöglichen, und die Schritte des Extrahierens das Decodieren des Zittersignals umfassen und außerdem den Schritt des Codierens der die aktualisierten Nutzdaten enthaltenden Daten mit einer Zitterfunktion vor dem Schritt des Einfügens der Daten in das Audiosample umfasst.
Vorrichtung (10) zum Einfügen von Information, die eine Änderung in den Daten eines verborgenen Datenkanals (30, 32, 34, 36) erlaubt, der in einem Mediensignal (S) vorgesehen ist, das mindestens einen Satz digitaler Audiosamples enthält, umfassend: einen Digitalmedien-Quelleingang, um mindestens einen Satz digitaler Audiosamples zu empfangen, und eine Dateneinfügeeinheit (14), angeordnet, um: einen verborgenen Datenkanal (30, 32, 34, 36), der eine bestimmte Spektralform aufweist, in den Audiosamples des Mediensignals vorzusehen, Nutzdaten (D) in den verborgenen Datenkanal einzufügen, und Information, die der Spektralform (42) des verborgenen Datenkanals entspricht, in den verborgenen Datenkanal einzufügen, wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten umfasst, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Dateneinfügeeinheit angeordnet ist, um die Information, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals entspricht, in einen Kopfsatz (30) des Kanals einzufügen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Koeffizienten als quantisierte Log-Area-Ratio (LAR)-Koeffizienten dargestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Dateneinfügeeinheit angeordnet ist, um Synchronisations- und Zuordnungsinformation (40) einzufügen, die die Extraktion von Daten im verborgenen Datenkanal ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Dateneinfügeeinheit eine Zufallsverteilungseinheit (81) umfasst, um in den verborgenen Datenkanal einzufügende Daten in Form eines Zittersignals bereitzustellen, das mit einer reversiblen Codierungsfunktion codiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Dateneinfügeeinheit außerdem eine Einheit (13) zum Erzeugen eines maskierten Fehlerspektrums umfasst und ferner eine Rauschspektrum-Formungseinheit (89) angeordnet ist, um das Spektrum der Zittersignalvariation mit dem gewünschten maskierten Fehlerspektrum zu kombinieren und diese Information dann der Rauschspektrum-Formungseinheit zuzuführen, um ein rauschgeformtes Signal zur Kombination mit den Audiosamples zu formen.
Vorrichtung (15), um Daten zu ändern, die in einem Mediensignal (S) verborgen sind, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation enthält, umfassend: eine Steuereinheit (52), angeordnet, um aus diesem verborgenen Datenkanal (30, 32, 34, 36) Information zu extrahieren, die der Spektralform eines verborgenen Daten kanals (42) entspricht, wobei dieser Kanal Nutzdaten (D) enthält und in mindestens in einigen der Audiosamples vorgesehen ist, einen Prozessor für verborgene Daten (17), angeordnet, um die Nutzdaten zu aktualisieren, eine Dateneinfügeeinheit (19), angeordnet, um Daten, die die aktualisierten Nutzdaten enthalten, in mindestens einige Audiosamples einzufügen, unter Verwendung der Spektralform-Information, um die Spektralform der Daten im verborgenen Datenkanal mit den aktualisierten Nutzdaten zu modifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Steuereinheit außerdem angeordnet ist, um Nutzdaten zu extrahieren, die im verborgenen Datenkanal vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Dateneinfügeeinheit eine Rauschspektrum-Formungseinheit (89) umfasst, die die Spektralform des verborgenen Datenkanals bereitstellt, und die Steuereinheit angeordnet ist, um Information über eine Anzahl von Koeffizienten zu extrahieren, die in dieser Rauschspektrum-Formungseinheit beim Extrahieren der Spektralform-Information zu verwenden sind, und diese Koeffizienten der Dateneinfügeeinheit zuzuführen.
Mediensignal (S), umfassend mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation, umfassend: einen verborgenen Datenkanal (30, 32, 34, 36) in mindestens einem der Audiosamples, der Information umfasst, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals (42) entspricht, wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten enthält, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.
Beschriebenes Medium (90), umfassend ein Mediensignal, das mindestens einen Satz Audiosamples mit digitaler Audioinformation einschließt, wobei dieses Signal umfasst: einen verborgenen Datenkanal (30, 32, 34, 36) in mindestens einem der Audiosamples, der Information umfasst, die der Spektralform des verborgenen Datenkanals (42) entspricht, wobei die Information Information über die Zahl der Koeffizienten enthält, die in einem Filter zu verwenden sind, wenn die Daten des verborgenen Datenkanals aktualisiert werden.