信号编码的制作方法

专利名称：信号编码的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号编码系统以及一种编码信号的方法，并且特别地涉及在信号中嵌入水印的方法。
背景技术：
著作权素材的非法发行夺去了著作权持有人对于该素材的合法的版权费，并且能够为非法发行素材的供给者带来收益，这又促进了继续的非法发行。由于通过因特网提供的传递是很容易的，因而意图进行版权保护的内容素材，诸如艺术绘制或者其它具有有限发行权的素材容易受到大规模的非法发行的影响。存储和传送压缩的音频文件的MP3格式使得音频记录的大规模发行是可实行的。例如，一首歌曲的30或40兆字节数字PCM(脉冲编码调制)音频记录可以被压缩为3或4兆字节的MP3文件。使用典型的连接到因特网的56千比特/秒拨号，该MP3文件可以在几秒钟内下载到用户的计算机。这意味着恶意的用户能够提供下载MP3编码歌曲的直接的拨入服务。MP3编码歌曲的非法拷贝最后可以通过软件或硬件装置再现或者可以被解压缩并且存储在可记录CD上用于在传统的CD播放器上播放。
已经提出了多个用于限制拷贝保护的内容素材的再现的技术。安全数字音乐计划(SDMISecure Digital Music Initiative)以及其它的人都主张使用“数字水印”来防止未授权的拷贝。
数字水印可以用于根据上述的情况的拷贝保护。但是，数字水印的使用不限于防止拷贝，也可以用于所谓的法庭追踪，其中水印嵌入在例如通过电子内容传送系统发行的文件中，并且用于追踪例如在因特网上非法拷贝的内容。水印还可以用于监视广播站(例如商业广告)；或者用于鉴别目的等等。
当嵌入在未压缩的信号中时，水印通常提供最好的性能，并且有几个已知的用于将水印嵌入在原始未压缩的信号中的技术。
专利合作条约专利申请WO 02/091374A1描述了一种通过使用水印滤波器对原始未压缩的音频信号嵌入水印的方法。在该方法中，通过原始未压缩的信号x[n]经过滤波器w1[n]来嵌入水印信号
y[n]＝x[n]+α·(x[n]*w′[n]) (1)其中α是相当于嵌入强度的缩放因数，y[n]是已嵌入水印的输出信号并且*表示卷积操作。w1[n]表示水印滤波器的脉冲响应。等式的重新排序得出y[n]＝x(n]*(1+α·w′[n])＝x[n]*w[n] (2)其中w[n]＝1+α·w1[n]。这一表达式表明WO 02/091374的方法相当于通过水印滤波器w[n]过滤该输入信号x[n]。
已经提出了直接应用水印嵌入到编码的比特流的技术，但是本来这些嵌入系统至少在编码赝象的数量的顺序上引起了赝象并且从而不适合于高质量的水印嵌入。比特流嵌入水印的进一步描述可以在PCT专利申请WO 01/49363 A1(用于压缩音频的数字水印的方法和系统)中找到，或者在Christian Neubauer和J.urgen Herre的文章“MPEG-2 AAC比特流的音频水印(Audio watermarking of MPEG-2 ACCbitstreams)”(第108次AES会议，巴黎，2000年2月，音频工程技术协会，未定稿版)中找到。
在很多应用中，水印的应用可以导致不能接受的或者不希望有的数量的计算的复杂度。例如，在许多音频服务器-客户结构中，希望客户单独获得已嵌入水印的并且压缩的原始信号的拷贝。这允许追踪下载的内容并且流传送应用。在这样的应用中，对于数字音频项的每个请求引起在压缩为合适的格式之后水印被单独地嵌入。在会出现大量请求的应用中，与水印嵌入和音频编码相关的计算复杂度变得显著了并且甚至高的不可接受。
另外，在大量内容项被集中存储的客户服务应用中，倾向于利用内容项的压缩形式以便于减少在线存储需要。例如，用于分发音乐的音乐客户服务器典型地可以压缩格式诸如MPEG、AAC、WMA等存储音频。
从而，为了利用在非压缩域中操作的水印算法，有必要将存储的压缩信号转换为未压缩的信号，嵌入水印并且随后将该信号转换回压缩域以用于该信号的分发。
例如，为了利用WO 02/091374的基于滤波器的水印方法，存储的压缩的信号首先被转换为原始未压缩的信号。然后通过根据以上给出的等式(1)或(2)的操作嵌入水印并且得到的信号可以转换回压缩的信号。
然而，这样的方法有很多缺陷。这些缺陷包括例如该处理需要额外的解码和编码处理，其中特别是已嵌入水印的未压缩信号的再编码会很复杂并且过分要求资源。从而所需要的处理实质上增加了复杂度和计算负担。这例如可以导致增加的成本和/或能量消耗。而且它还可以导致额外的延迟。
因此，用于信号编码的改进的系统将是有利的，并且特别的考虑到减少的复杂度、改进的质量、减少的能量消耗、减少的成本、改进的性能和/或减少的延迟的系统将是有利的。

发明内容
因此，本发明寻求单独或以任何组合方式来缓和、减轻或消除上述缺陷的一个或多个。
根据本发明的第一方面，提供一种信号编码系统，其包括用于接收信号的装置；预编码器，用于预编码该信号以便产生预编码的信号；存储装置，用于存储该预编码的信号；水印处理装置，其包括解码器，用于解码该预编码的信号以便产生解码的信号，水印嵌入器，用于在解码的信号中插入水印以便产生已嵌入水印的信号，重新编码器，用于重新编码该已嵌入水印的信号以便产生已嵌入水印的编码信号；以及其中预编码器可操作为产生编码辅助数据并且重新编码器可操作为响应该编码辅助数据重新编码已嵌入水印的信号。
本发明可以方便将水印嵌入到信号中。特别地，本发明可以易于将非压缩域的水印嵌入到曾经在压缩域中存储并且在压缩域中被分发或传送的信号中。特别地，本发明可以实现减少的复杂度和/或全部处理的计算资源。本发明可以附加地或可选地提供较低成本的信号编码设备和/或提供较高的能力。另外，能量消耗和/或延迟也可以被进一步减少。有时候，重新编码的水印信号的质量可以被改进。本发明在客户服务器应用中特别有利，其中响应对于特定信号的客户请求，单独的水印可以被嵌入。
该信号最好是包括例如音频音乐信号的视听信号。例如本发明可以提供实用的、容易的当被客户请求时将专用的水印嵌入存储在存储装置中的单个歌曲中的实施系统。
该预编码器和重新编码器最好可以但不是必须使用相同的或类似的编码标准。另外，预编码器和重新编码器的编码率可以不同，并且最好预编码率高于重新编码率。信号编码系统的操作最好使用数字信号处理执行，但是在一些实施例中，可以部分地或全部采用模拟信号处理。编码辅助数据最好和重新编码处理相适合并且可以排除障碍、促进、增强或减少重新编码器的处理。
在客户服务器应用中，预编码可以对信号执行一次(或者几次)，而每次信号被请求时就执行重新编码。因此，由于重新编码处理的复杂度降低，所以由于编码辅助数据的产生引起的预编码器的复杂度增加将是不显著的。
最好，所有信号都是音频信号，但是其它包括视听信号的信号也可以被使用。该信号可以例如对应于诸如一首歌或音频片段的内容项。
根据本发明的特性，预编码器可操作地在预编码的信号中包括编码辅助数据。这可以提供编码辅助数据的有效的存储、控制、管理和分发。它例如可以允许当恢复预编码的信号时，自动恢复编码辅助数据。
根据本发明的不同特性，该预编码器可操作地在预编码的信号的至少一个辅助的数据段中包括编码辅助数据。许多编码标准包括辅助数据段，其包括不是编码内容信号的固有部分的数据。这样的数据段可以提供用于编码辅助数据的特别适合的存储装置。
根据本发明的不同特性，该存储装置可操作地存储该编码辅助数据。这提供一个实用的和有效的实施方式。
根据本发明的不同特性，该预编码器可操作地产生与预编码信号的编码率不同的编码数据率有关的编码参数并且将该编码参数包括在编码辅助数据中。
这允许或方便了将该编码辅助数据用于以不同编码率重新编码。因此，水印处理装置也可以执行速率转换。由于重新编码处理的可能的复杂度降低，所以在附加的数据率、与编码辅助数据的产生有关的附加复杂度的增加是可接受的。
根据本发明的不同特性，编码辅助数据包括编码量化控制数据。量化控制数据可以确定比特的分布，并且因此在信号频谱上确定量化噪声的分布。例如，在MPEG层II，量化被比特分配数据控制，在MP3和从AAC中，量化被缩放因数数据控制。
根据本发明的不同特性，编码辅助数据包括编码缩放因数数据。参数包括在编码辅助数据中是特别有利的。缩放因数数据可以有效地在重新编码器处被重新使用并且由于缩放因数确定是编码操作中最复杂的操作之一，因此可以实现显著的复杂度降低。另外缩放因数可以适用于不同编码率。
根据本发明的不同特性，编码缩放因数数据包括与第一编码率和第二编码率之间的缩放因数偏移值有关的缩放因数偏移。除偏移之外，用于不同编码率的缩放因数可以类似或者是可比较的。因此，通过只对于第二编码率确定和/或存储缩放因数偏移，需要更少的编码辅助数据和/或处理。
根据本发明的不同特性，第一编码率是预编码数据信号的编码率并且第二编码数据率是已嵌入水印的编码信号的编码数据率。根据该特性，有效的速率转换可以应用在预编码信号和嵌入水印的编码信号之间。重新编码可以是有效的，虽然只需要很少的编码辅助数据和缩放因数的简单的确定。
根据本发明的不同特性，编码辅助数据不包括缩放因数值。特别地，与编码辅助数据中的缩放因数有关的唯一信息可以是缩放因数偏移(或者涉及不同编码率的偏移)。这可以提供减少的处理以及特别的减少的存储需要。在一些实施例中，其中辅助数据段被用于存储编码辅助数据，它可以允许编码辅助数据适合于有限的存储容量范围。
根据本发明的不同特性，重新编码器可操作地通过响应于缩放因数偏移和与第一编码率有关的缩放因数值确定重新编码缩放因数来产生第二编码率的嵌入水印的编码信号。例如，重新编码器可以通过从第一编码率的现有的缩放因数中减去缩放因数偏移来简单地确定缩放因数。因此，该特性可以允许非常简单的和低复杂度的缩放因数确定。
根据本发明的不同特性，预编码器可操作地用第二编码率的缩放因数的变化版本代替预编码的信号的缩放因数。这对于预编码的信号可以产生较低的编码带宽，其对应于第二编码率。重新编码器可以通过从预编码信号的缩放因数中减去缩放因数偏移来确定对应于第二编码率的精确的缩放因数。该特性可以改进重新编码的信号的质量，特别是在以下情形下即，在其中使用不同的编码器并且对于第一和第二编码率获得的缩放因数之间的差异不能被缩放因数偏移充分精确地表示。
根据本发明的不同特性，编码辅助数据包括实质上和编码率无关的编码率独立的编码参数。编码率独立的编码参数可以例如对于多个编码率实质上相等并且可以被编码器直接使用，因此减少了处理的复杂度。编码率独立的编码参数包括时间噪声整形(TNS)参数，其例如用于AAC编码标准以便改进由于量化引起的编码误差的时间分布。编码率独立的编码参数的另一例子是窗口切换参数，其用于例如AAC和mp3(MPEG-LIII)编码标准以便控制在变换中使用的块尺寸。长块一般用于伪-固定(pseudo-stationary)信号，而短块用于更短暂的信号间隔。
根据本发明的不同特性，编码辅助数据包括与第一编码率有关的第一编码参数并且重新编码器包括用于响应于第一编码参数确定与第二编码率有关的第一对应编码参数的装置。
特别地，编码参数作为编码率的函数可以具有已知的或可预测的变化。重新编码器可以评价该函数以便确定适合于第二编码数据率的编码参数的值。该特性可以允许方便的重新编码。
根据本发明的不同特性，编码辅助数据包括感知模型数据。感知模型数据典型地可以相对地与编码率无关并且可以特别地适用于以不同的数据率重新编码。该感知模型数据的格式最好可以是最适合于水印嵌入和/或重新编码处理的格式。只有有限带宽的感知模型数据可以被使用。另外，感知数据可以被转换为与水印嵌入匹配的临界频带，其不必与重新编码器的那些参数相同。
根据本发明的不同特性，重新编码器可操作地操作与预编码器对齐的帧。这可以提供特别实用的实施方式并且特别地可以允许每帧被单独和/或独立地处理。
最好，该信号是音频信号或视频信号并且预编码的信号最好根据MPEG音频和/或视频压缩标准被预编码。MPEG音频压缩标准例如可以是MPEG编码标准并且特别的可以是先进音频编码(AAC)标准。
根据本发明的不同特性，提供一种信号分发系统，包括如上所述的一个信号编码系统，其中预编码器可操作地预编码多个信号；存储装置可操作地存储多个信号并且水印处理装置可操作地在多个信号中单独嵌入水印，并且还包括用于分发多个信号的装置。
本发明从而可以促进或允许在多个信号中单独嵌入水印。嵌入在每个信号中的水印最好是不同的。用于分发的装置特别的可以是用于连接到外部分发介质诸如因特网的装置。该特性特别适合于客户-服务器应用，其中中心服务器存储大量可以由多个客户单独请求的内容项信号。
根据本发明的第二方面，提供一种编码信号的方法，其包括步骤接收一个信号；预编码该信号以便产生一个预编码的信号；根据该预编码产生编码辅助数据；存储该预编码的信号；解码该预编码的信号以便产生一个解码的信号；在该解码的信号中插入水印以便产生嵌入水印的信号；以及响应该编码辅助数据重新编码该嵌入水印的信号以便产生嵌入水印的编码信号。
根据本发明的第三方面，提供一种信号编码系统(100)，其包括用于接收信号的装置(101)；预编码器(103)，用于预编码该信号以便产生第一编码率的预编码的信号并且可操作地产生包括缩放因数偏移数据的编码辅助数据，缩放因数偏移数据表示与第一编码率有关的至少一个缩放因数与不同于第一编码率的第二编码率有关的至少一个缩放因数之间的关联；以及重新编码器(117)，可操作地响应于编码辅助数据的缩放因数偏移数据以第二编码率重新编码该信号或者预编码的信号。
这可以提供基于编码辅助数据的有效的重新编码。用于第二编码率的缩放因数的确定可能需要低复杂度和计算资源并且需要减少的数量的编码辅助数据。
根据本发明的第四方面，提供一种编码信号的方法，其包括步骤接收一个信号；以第一编码率预编码该信号以便产生预编码的信号；产生包括缩放因数偏移数据的编码辅助数据，缩放因数偏移数据表示与第一编码率有关的至少一个缩放因数与不同于第一编码率的第二编码率有关的至少一个缩放因数之间的关联；以及响应于编码辅助数据的缩放因数偏移数据以第二编码率重新编码该信号或该预编码的信号。
参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面、特性和优点将是明显的并且被阐明。


参照附图，仅通过示例描述本发明的实施例，其中图1示出根据本发明实施例的信号编码系统；以及图2示出用于不同编码率的缩放因数的示例。
具体实施例方式
下列描述集中在适用于音频客户服务器应用的、允许访问中心存储的音频内容项的本发明的实施例上。然而，应理解本发明不限于该应用，而是可以应用于许多其它信号编码应用。该实施例还参照示例编码标准(先进音频编码(AAC))来描述，但是很明显本发明同样应用于许多其它编码标准。
音频下载服务的普及性不断增加。在服务器侧，覆盖了广泛范围的歌曲的数据库对于订户是可获得的。在脱机预编码阶段，不同的商业模型在使用中。在更高级的音频下载服务中，客户可以单独获得压缩的音频内容项的嵌入水印的拷贝。这适合下载内容的单独追踪以及流传送应用(法庭追踪)。
在这样的应用中，响应于对于内容项的请求，水印加入到未压缩域中的内容项中。内容项随后被编码。为了节省在线存储空间，数据库总是以有损压缩格式编码，诸如AAC(先进音频编码)。因此，需要在加入水印之前解码该内容并且得到的信号被重新编码以便进行分发。
图1示出根据本发明实施例的信号编码系统100。示例实施例包括客户-服务器下载应用，其中客户从中心服务器中恢复出音频内容。
信号编码系统100包括接收器101，其可操作地从源(未示出)接收音频信号。源可以是一个外部源或者可以是一个内部源诸如可移动存储介质(例如光盘)。接收器101接收适合的格式的音频信号，在描述的实施例中该适合的格式是数字脉冲编码调制(PCM)信号。
接收器耦合到预编码器103，其可操作地编码该音频信号为合适的预编码的信号。在描述的实施例中，预编码器执行接收的PCM信号的AAC编码，从而产生具有合适的编码率的AAC预编码信号。预编码器103耦合到信号存储器105并且可操作地将预编码的信号存储在信号存储器105中。在特定实施例中，预编码器103可以预编码大量歌曲并且将它们中的每一个单独存储在信号存储器105中。
预编码器103还耦合到编码辅助数据处理器107。编码辅助数据处理器107可操作地产生编码辅助数据，其可以促进或辅助随后预编码信号的编码或重新编码。在描述的实施例中，编码辅助数据主要涉及根据与预编码器103相同的编码标准来编码信号，但是在其它实施例中也可以使用其它编码标准，并且编码辅助数据可以涉及该标准或者可以全部或部分与标准无关。在描述的实施例中，编码辅助数据处理器107对于由预编码器103预编码的所有内容项产生编码辅助数据。
在图1中，编码辅助数据处理器107作为单独的功能模块被示出，但是应理解，共同实施预编码器103和编码辅助数据处理器107也许更为实用。例如，概念地，预编码器103可以执行两次，一次对于预编码数据率(比方说192kbit/s)并且一次对于随后的编码率(比方说96kbit/s)。然而，对于大部分计算密集的模块，结果与比特率无关，并且只有速率失真模块可以实际上执行两次，对于每个比特率各执行一次。特别地，由编码辅助数据处理器107产生的编码辅助数据可以包括通过在随后的编码率(比方说9kbit/s)编码获得的参数。对于从AAC，这些参数例如可以包括缩放因数、段数据和脉冲数据。在描述的实施例中，全部的预编码的数据库根据该程序被建立。
信号存储器105被耦合到水印处理装置109。水印处理装置109包括耦合到信号存储器105的解码器111并且可操作地解码恢复出的预编码的信号。解码器111耦合到水印嵌入器113并且可操作地将已解码的信号提供给它。水印嵌入器113可操作地根据任何合适的算法将水印嵌入到已解码的信号中。例如，水印嵌入器113可以可操作地根据专利合作条约专利申请WO 02/091374A1中描述的算法将水印嵌入到已解码的信号中。因此，根据所描述的实施例，预编码的信号例如可以是压缩的信号，而已解码的信号可以是未压缩的信号。因此，该实施例提供了压缩的信号的有效存储与在未压缩域中有效的水印嵌入的结合。
水印嵌入器113耦合到重新编码器117，重新编码器117可操作地重新编码嵌入水印的信号以便产生嵌入水印的编码信号。嵌入水印的编码信号最好是压缩编码的信号并且典型地压缩为比预编码信号的编码率更低的编码率。
水印处理装置还包括耦合到信号存储器105的编码辅助数据恢复器115。编码辅助数据恢复器115可操作地恢复与当前被嵌入水印的内容项相联系的编码辅助数据。在一些实施例中，解码器111可以自动恢复预编码信号和编码辅助数据，并且在一些实施例中编码辅助数据恢复器115可以耦合到解码器111而不是信号存储器105。后一种的典型情形是当辅助数据在比特流的辅助数据部分中传送时。
编码辅助数据恢复器115还耦合到重新编码器117并且可操作地提供编码辅助数据到这。重新编码器117可操作地使用包含在编码辅助数据中的部分或全部信息来重新编码已嵌入水印的信号。这可以显著改进主观质量并且促进和减少重新编码处理所需要的处理和复杂度，从而显著减少复杂度并且增加水印处理单元109的能力。
重新编码器117耦合到分发处理器119，分发处理器119可操作地分发已嵌入水印的编码信号到一或多个客户。在所描述的实施例中，分发处理器119包括到因特网的接口从而通过现有非专用装置来分发内容项。
从而，在所描述的实施例中，内容项被请求，内容项的预编码的比特流被解码并且内容被嵌入水印。在重新编码阶段，使用编码辅助数据诸如缩放因数、段数据和脉冲数据来编码嵌入水印的内容。其它编码辅助数据，包括诸如TNS和块切换数据的信息，被从预编码信号比特流中直接复制。因此，重新编码器可以只需要基于在段数据中传送的可获得的编码本信息来执行量化和编码。由于嵌入水印，很可能缩放的频谱系数不适合预先选择的编码本。在这种情况中，可以对编码本的边界执行限幅。已经验证限幅发生在少于0.1％的情况中并且不会消极地影响感知的音频质量。
应理解实际应用可以包括进一步的功能，用于从客户接收请求，分发内容项到客户，在信号存储器中管理和建立内容项的集合等等。然而，该功能的实施对于本领域的熟练技术人员来说是公知的并且为了清楚和简便本文中不再赘述。
最好，在信号存储器105中，编码辅助数据不单独存储，而是包括在预编码信号本身中。许多编码标准允许包括不是信号的解码直接需要的附加数据。从而许多编码标准允许编码信号包括辅助数据段，其中可以包括附加数据。例如，从AAC允许数据包括在辅助数据段即数据流单元(DSE)或填充单元(FIL)中。通过将编码辅助数据存储在预编码信号本身中，编码辅助数据可以随预编码信号被自动存储、恢复和分发，从而易于操作。
在所描述的实施例中，重新编码器117可操作地从编码辅助数据中产生编码参数，所述编码辅助数据可以用于嵌入水印信号的重新编码。在所描述的实施例中，预编码信号和嵌入水印的编码信号的编码率是不同的，并且特别地重新编码器117的编码率低于预编码信号的编码率。从而例如，192kbps的预编码信号被在96kbps重新编码。在一些实施例中，重新编码器117的编码率可以改变并且特别地可以例如响应于用户的请求随每个内容项变化。
重新编码器117可操作地处理编码辅助数据以便使它适合于所采用的编码率。在一些实施例中，编码辅助数据可以包括涉及不同数据速率的编码参数并且重新编码器117可以只选择和使用适合于当前编码率的编码参数。用实验方法，已经发现为了音频水印的最佳可检测性，预编码从AAC比特率最好高于重新编码比特率。
特别地，一些编码参数实质可以与编码率无关，并且重新编码器117可以直接使用这些参数。在一些情况中，这些编码参数可以固有地包含在预编码信号(而不是分离地或在辅助数据段中)中并且可以直接从预编码信号中提取并且用于重新编码处理。
这样的参数的例子是缩放因数的带宽。对于较高的编码率，可能较高数量的缩放因数被编码。在那种情况下，用于较高编码率的缩放因数可以编码达到针对较低比特率获得的缩放因数索引。这样的参数的其它例子是从AAC编码标准的TNS和块切换参数。
在一些实施例中，预编码器103可操作地产生与其它编码率而不是预编码信号的编码率有关的编码数据。例如，预编码器103可以以第二编码率产生诸如缩放因数、段数据和脉冲数据的编码参数。这些编码参数可以包括在编码辅助数据中并且存储在预编码信号的辅助数据段中并且随后用于重新编码。
附加地或可选地，编码辅助数据可以包括编码参数，该编码参数不是直接取得或适合于重新编码率，而是可以被处理以导出被重新编码器117使用的编码参数。例如，一些编码参数可以具有与编码率的预定的或预估的关系。特别地，一些编码参数的变化作为编码率的函数可以精确地或大致地知道，并且该函数可以应用于编码辅助数据的编码参数以便找到用于重新编码器117的编码率的合适的值。
编码参数的具体的例子包括指示哪个编码本用于哪个缩放因数频带的段数据。本领域的熟练技术人员应理解，编码本可用于将缩放的和量化的频谱系数转换为可变长度霍夫曼编码字。
另一例子是用于表示频谱系数中的界外值(outlier)的脉冲数据。在频谱数据中的高动态的情况下，可以有益的提取单个频谱分量以便可以采用较低复杂度的编码本。脉冲数据描述这些提取的分量的位置和幅度。
作为另一例子，编码辅助数据可以包括编码缩放因数数据。本领域的熟练技术人员应理解，缩放因数被用于在量化之前缩放频谱数据。频谱系数的幅值被减少的越多，量化越粗糙。典型地，每帧的每缩放因数频带存在一个缩放因数。缩放因数频带表示宽度大约相当于临界频带的一组余弦变换系数。
在一些实施例中，与重新编码器117的编码率有关的缩放因数可以由预编码器103确定并且作为编码辅助数据存储。
然而，最好，编码辅助数据不包括具体的缩放因数而包括缩放因数偏移值，该缩放因数偏移值可以应用于预编码信号的缩放因数以便产生不同编码率的缩放因数。例如，在该实施例中，重新编码器117可以通过提取预编码信号的缩放因数并且通过编码辅助数据的缩放因数偏移值来偏移这些缩放因数，从而仅仅产生用于第二编码率的缩放因数。
作为一个具体的例子，在从AAC编码中，缩放因数被采用以便将频谱数据缩放为适合由量化器量化的范围。缩放因数直接控制量化误差。在每个缩放因数频带计算缩放因数。缩放因数频带的带宽在很大程度上对应临界频带。缩放因数曲线的形状主要由频谱信号能量和遮蔽的阈值确定。缩放因数曲线的偏移主要由编码率确定。当用相同编码器在两个编码率编码信号时，缩放因数曲线的形状通常是可比较的。如果使用不同的编码器，在缩放因数中可以发生较大的偏差。偏移和(依赖于编码率之间的差异)有效(非零)缩放因数的数量将因编码率的不同而不同。
图2示出用于不同编码率的缩放因数的例子。特别地，图2示出用于64kbit/s AAC编码信号201和128kbit/s AAC编码信号203的缩放因数的例子。如所看到的，缩放因数中的移位在频谱上相当恒定。而且也注意到，针对128kbit/s获得的缩放因数的数量高于针对64kbit/s获得的缩放因数的数量。这是由于对于较高比特率获得的较高的编码带宽。
对于AAC差分编码，缩放因数与标记为‘整体_增益(global_gain)’的第一非零缩放因数有关。典型地，对于64kbit/s的编码率，缩放因数数据需要大约6kbit/s的数据率。这可以通过差分编码缩放因数而被减少到只有几kbit/s。对于进一步的比特率减少，预编码信号的缩放因数可以被较低编码率的缩放因数的变化版本(shifted version)代替。该偏移相当于与比特流有关的缩放因数曲线之间的全部偏移。从而，在该实施例中，水印处理装置的解码器恢复缩放因数并且在解码预编码信号之前通过编码辅助数据的缩放因数偏移来偏移这些缩放因数。重新编码器可以直接恢复预编码信号的缩放因数并且将这些缩放因数用于重新编码。
本领域的熟练技术人员应理解使用缩放因数偏移的编码辅助数据可以用于重新编码，而不管水印嵌入是否已执行。
最好，预编码器、解码器和重新编码器操作已对齐的帧。水印的加入将导致频谱系数的非常小的改变并且因此重新量化这些值将导致解码后实质上相同的频谱系数。因此应注意，对于具有充分的鲁棒性的成功的水印加入，用于表示信号存储器中的频谱系数的编码率最好高于重新编码后的速率。
本发明可以实施为任何合适的形式包括硬件、软件、固件或这些的任意组合。然而，最好，本发明至少部分实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明实施例的元件和部分可以任何合适的方式物理上、功能上和逻辑上实施。实际上，功能性可以在单个装置中实施，在多个装置中实施或作为其它功能性装置的一部分。因而，本发明可以实施为单个装置或可以物理上和功能上分布在不同的装置和处理器之间。
虽然本发明已经结合较佳实施例进行了描述，但是不意图限于这里列出的特定形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限定。在权利要求中，单词‘包括’不排除存在其它元件或步骤。此外，虽然单独列出多个装置、元件或方法步骤，但是也可以由例如单个装置或处理器实施。另外，虽然单个特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些特征也可能有利地结合，并且在不同权利要求中的内容物不意味着特征的组合是不可行的和/或有利的。另外，单一的参照号不排除多个。从而参照号“一个”、“第一”、“第二”等等不排除多个。
权利要求
1.一种信号编码系统(100)，其包括用于接收信号的装置(101)；预编码器(103)，用于预编码该信号以便产生预编码的信号；水印处理装置(109)，其包括解码器(111)，用于解码该预编码的信号以便产生解码的信号，水印嵌入器(113)，用于在该解码的信号中插入水印以便产生嵌入水印的信号，重新编码器(117)，用于重新编码该嵌入水印的信号以便产生嵌入水印的编码信号；以及其中该预编码器(103)可操作为产生编码辅助数据并且该重新编码器(117)可操作为响应该编码辅助数据重新编码嵌入水印的信号。
2.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该预编码器(103)可操作地将该编码辅助数据包括在该预编码信号中。
3.如权利要求2中所述的信号编码系统，其中该预编码器(103)可操作地将该编码辅助数据包括在该预编码信号的至少一个辅助数据段中。
4.如权利要求1中所述的信号编码系统，还包括存储装置(105)，用于存储该预编码信号。
5.如权利要求4中所述的信号编码系统，其中该存储装置(105)可操作地存储该编码辅助数据。
6.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该预编码器(103)可操作地产生与不同于该预编码信号编码率的编码数据率有关的编码参数并且将该编码参数包括在编码辅助数据中。
7.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该编码辅助数据包括编码量化控制数据。
8.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该编码辅助数据包括编码缩放因数数据。
9.如权利要求8中所述的信号编码系统，其中该编码缩放因数数据包括与第一编码率和第二编码率之间的缩放因数偏移值有关的缩放因数偏移。
10.如权利要求9中所述的信号编码系统，其中该第一编码率是该预编码数据信号的编码率并且该第二编码数据率是该嵌入水印的编码信号的编码率。
11.如权利要求9中所述的信号编码系统，其中该编码辅助数据不包括缩放因数值。
12.如权利要求9中所述的信号编码系统，其中该重新编码器可操作地通过响应该缩放因数偏移和与该第一编码率有关的缩放因数值来确定重新编码缩放因数，从而产生该第二编码率的嵌入水印的编码信号。
13.如权利要求9中所述的信号编码系统，其中该预编码器可操作地由该第二编码率的缩放因数的变化版本来代替该预编码信号的缩放因数。
14.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该编码辅助数据包括实质上与该编码率无关的编码率独立的编码参数。
15.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该编码辅助数据包括与第一编码率有关的第一编码参数，并且该重新编码器包括用于响应该第一编码参数确定与第二编码率有关的第一对应编码参数的装置。
16.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该编码辅助数据包括感知模型数据。
17.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该重新编码器(117)可操作地操作与该预编码器(103)对齐的帧。
18.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该信号是音频信号。
19.如权利要求18中所述的信号编码系统，其中根据MPEG音频压缩标准预编码该预编码信号。
20.如权利要求1中所述的信号编码系统，其中该信号是视频信号。
21.一种包括如权利要求4中所述的信号编码系统的信号分配系统，其中该预编码器(103)可操作地预编码多个信号；该存储装置(105)可操作地存储多个信号并且该水印处理装置(109)可操作地单独地在多个信号中嵌入水印，并且还包括用于分发该多个信号的装置(119)。
22.一种编码信号的方法，其包括步骤接收一个信号；预编码该信号以便产生一个预编码的信号；产生与所述预编码有关的编码辅助数据；解码该预编码的信号以便产生一个解码的信号；在该解码的信号中插入水印以便产生嵌入水印的信号；以及响应该编码辅助数据重新编码该嵌入水印的信号以便产生嵌入水印的编码信号。
23.一种信号编码系统(100)，其包括用于接收信号的装置(101)；预编码器(103)，用于预编码该信号以便产生第一编码率的预编码的信号并且可操作地产生包括缩放因数偏移数据的编码辅助数据，缩放因数偏移数据表示与第一编码率有关的至少一个缩放因数和与不同于该第一编码率的第二编码率有关的至少一个缩放因数之间的关联；以及重新编码器(117)，可操作地响应编码辅助数据的缩放因数偏移数据以第二编码率重新编码该预编码的信号。
24.如权利要求23中所述的信号编码系统，其中该预编码器(103)可操作地将该编码辅助数据包括在该预编码信号中。
25.如权利要求23中所述的信号编码系统，其中该预编码器可操作地用该第二编码率的缩放因数的变化版本代替该预编码信号的缩放因数。
26.一种编码信号的方法，其包括步骤接收一个信号；预编码该信号以便以第一编码率产生预编码的信号；产生包括缩放因数偏移数据的编码辅助数据，缩放因数偏移数据表示与该第一编码率有关的至少一个缩放因数和与不同于该第一编码率的第二编码率有关的至少一个缩放因数之间的关联；以及响应于该编码辅助数据的缩放因数偏移数据以该第二编码率重新编码该信号或该预编码的信号。
27.一种能够执行根据权利要求22或26的方法的计算机程序。
28.一种包括如权利要求27中所述的计算机程序的记录载体。
全文摘要
本发明涉及一种信号编码系统(100)。预编码器(103)编码信号并且产生预编码的信号。另外，该预编码器(103)产生与该预编码信号一起存储在信号存储器(105)中的编码辅助数据。当从该信号存储器(105)中恢复该信号时，它在解码器(111)中被解码并且水印插入到该解码的信号中以便产生嵌入水印的信号。然后该嵌入水印的信号在重新编码器(117)中被重新编码，可能是以不同的编码率。该重新编码器(117)可操作地响应该编码辅助数据来重新编码该嵌入水印的信号。从而，编码辅助数据可以在存储之前在编码中产生并且该编码辅助数据当恢复时可以用于促进嵌入水印的信号的重新编码。本发明对于只执行一次预编码而频繁执行重新编码的应用诸如客户－服务器音乐下载应用尤其有利。
文档编号G10L19/018GK1867970SQ200480030493
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月1日 优先权日2003年10月17日
发明者L·M·范德科克霍夫, A·W·J·乌门 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司