CN1611072A - 用于识别数字音频信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种受众测量/尼尔逊电视收视率系统，用于利用一处理结构来识别数字广播信号，该处理结构被配置成用于在每个已接收数字音频信号(51)中和在解压缩的已接收数字音频信号(54)中识别节目识别代码(55)和特征签名(56)中的每一个。

Description

用于识别数字音频信号的方法和设备
本申请按照35U.S.C. §119要求2001年10月11日提交的美国申请No.09/973,893的优先权，在此将其全部内容并入作为参考。
技术领域
本发明涉及用于对广播给受众成员的节目信号进行识别的方法和设备。更具体地说，本发明涉及用于对具有数字音频分量的节目信号进行识别的方法和设备。优选地，这种方法和设备将被用于受众测量(audience measurement)和/或广播监测服务中。
背景技术
在广播业中通常使用第三方测量来验证节目成分(例如，商业广告)是按照合同安排来播送的，并估计受众群体的大小及组成。一种测量技术包括读取随节目一起传送的辅助编码识别标记或信号。另一种测量技术包括从节目中提取典型特征(通常称为“签名”)，然后将所提取的特征与已知节目成分的特征库进行比较。
在代码和信号处理上，上述两种技术之间有一定程度的重叠。如果广播节目被编码有将它与节目的最终发行站关联起来的标记(例如，本地新闻广播照此由源台标记)，那么该标记基本上可以是自表明的，或者可以通过检索一主查询表来解释。另一方面，如果该编码的标记只标识源站或中间发布站(例如，一个联合节目只标有节目名称和集数标记)，那么可能需要将该标记与从多个本地台收集的标记库进行比较，以便识别播送所谈论节目的台。
Thomas等人的美国专利No.5,481,294(在此并入作为参考)公开了一种设备和方法，用于对要识别的节目信号进行初始处理以提取辅助识别代码。如果发现该代码，就将它连同接收时间或者被用户选择的时间(称为“读取时间”)一起存储在存储器中，以便接下来传送至中央数据收集和处理设备。如果没有发现代码，那么将从节目信号中提取一签名，将该签名作为标时(time-stamped)记录存储在存储器中，然后将其传送至中央设备，在该中央设备处，将该签名与在可以远离中央设备的监测设备处从已知节目中提取的类似签名进行比较。
由Thomas等人教导的类型中的一种电视测量系统可以采用写入复合广播信号的视频或音频分量中的代码，并且还可以从该信号的视频或音频分量中提取签名。此外，还可以对这类系统进行配置，使它即使在读取识别标记或代码时也可以从节目信号中提取签名。这类装置可以提供签名数据，以在音频信号的序列传输之间不时提供“填入”识别。
同样重要的是Ludtke的美国专利No.6,202,218(在此并入作为参考)中所公开的识别标记读取系统。该公开的测量系统嵌入在家庭娱乐网络中，该家庭娱乐网络所具有的消费者电子设备适于利用IEEE 1394串行接口与其它这样的装置进行通信。Ludtke公开了这样一种装置，在该装置中，对与在住所中使用的广播数据流一同接收的节目识别标记进行读取、解释，并将其转发至远程数据收集装置。
数字化传输电视信号的出现已经对广播验证系统和(统计选定的参与电视受众测量的住所中的)受众收视偏好确定系统都产生了深刻的影响。例如，一些在模拟视频信号下工作良好的视频编码装置与数字传输不兼容，原因在于如果以原始的模拟信号呈现，那么这些代码就不支持数据压缩，而数据压缩是将模拟视频信号转换为数字视频信号的处理的一部分。此外，有各种可用的数字传输标准，并且广播装置依附于这些标准的程度也有不同。例如，在2001年，美国市场面临几种数字传输标准：一种是无线地面传输，一种是有线传输，还有一种是卫星到终端用户的传输。
虽然全部节目信号的音频分量相比视频分量通常利用价值低得多的带宽，但是在数字音频标准中也有变化。例如ATSC(高级电视系统委员会)标准要求使用称作AC-3音频的音频，AC-3音频也可由直播卫星或有线系统传送。在2001年，大多数卫星(直播卫星-DBS)和数字有线系统没有使用AC-3声音。例如，一些美国UBS使用称作Musicam或MPEG1 Layer2音频的标准。其它标准，如使用MPEG2 Layers 1-3的日本AAC(高级音频编码)标准也是公知的。当然，很多节目仍然采用线性PCM格式。
通常来说，压缩音频格式要求将每个音频信号流格式化成帧，在此情况下，可以将每帧配置成可按单一频率或通过时域复用方式在单个通道中与其它音频流一起广播的一串分组。例如，MPEG将每帧分成一组固定时长的分组(其中每个分组都具有一个头部)，以在一个流中多路传输音频、视频位流以及在解码时使流保持同步的必要信息。每个音频帧都是独立的，并且包含解码所必需的全部信息，从而可以独立于前面或随后传输的帧而对它进行处理。虽然帧的长度可以根据位速率和采样频率变化，但是存在一最大允许帧长度，并且较小的帧(即，从低保真度音频信号中产生的帧)可以填充虚数据，从而使各帧头之间具有固定的间隔。
很多压缩的音频标准为并非音频信号的部分的辅助数据(例如，信号识别数据)的传输留出了选定分组的部分。此外，几乎所有这种标准都支持填充字节(padding byte)的使用，以便使帧头之间具有固定的间隔。在某些情况下，这些填充字节可以用于添加辅助的节目识别标记，即使在给定的标准中没有提供定义好的辅助数据字段。这样，可以预期的是，至少在绝大多数分组的数字音频广播系统中，可以将节目识别标记添加到分组或帧的预定部分中。
用于接收数字广播的消费者电子设备典型地具有一种从接收器到消费者的数字音频设备的标准数字音频输出。该接收器可以包括一位于机顶盒中的数字调谐器，其中所述机顶盒用于向NTSC制式接收器、数字电视接收器和显示器或任何其它已知的音频接收器提供模拟输出。此外，数字音频设备的使用使得消费者数字接收器提供数字音频输出普遍化，即使接收器的输入信号是模拟广播信号或者是来自模拟录像机(VCR)的输入信号。也就是说，消费者的接收设备(要被监测的设备)不仅可以用于接收模拟和数字广播节目信号，也可以用于从多个可能存在的本地信号源(如DVD或CD播放器)中选择一个节目信号源。
用于提供数字音频设备所用的数字音频输出信号的工业标准设计被称作Sony-Philips Digital Interface(SP/DIF)。SP/DIF连接器处可用的信号可以是位速率不超过64kb/s的未压缩的线性PCM(Pulse CodeModulated(脉冲调制码))数字信号，或者可以是非线性PCM编码音频位流，例如采用AC-3格式并且具有384kb/s的位速率的非线性PCM编码音频位流。
因此，所需要的是一种数字信号识别系统，它能够精确并且可靠地识别所有上述各种配置和实现中的数字音频信号。
发明内容
本发明的目的是提供用于对通过各种媒体传播的已接收数字音频信号进行处理以确保精确的识别的方法和设备。
根据本发明的第一方面，数字音频信号识别设备包括一输入连接器，该输入连接器用于与位于消费者数字电视接收装置上的标准SP/DIF输出连接器直接相连。该设备包括用于处理输入数字音频信号以获取以下一项或更多项的结构：(i)被编码在数字音频帧的一部分中的识别标记；(ii)嵌入在解压缩的音频信号中的识别标记代码；(iii)帧的选定部分(例如，校验和部分)的拷贝；以及(iv)所述解压缩的数字音频信号的选定部分的拷贝。优选地，该设备还具有一SP/DIF输出连接器，并且在该输出端处提供所述输入音频信号的一中继拷贝，这样，用户可以使用音频和视频设备而不受信号识别过程的干扰。
根据本发明的另一方面，一种用于从数字化传输的节目信号中收集调谐数据的方法包括一初始步骤，该初始步骤用于利用SP/DIF连接来获取与所述节目相关联的数字音频信号。如果该信号是非线性的PCM编码音频位流信号，可以尝试从数字信号的辅助消息部分读取第一类节目识别标记或者选取信号帧的预定的选定部分作为第一候选签名。另外，可以对输入信号进行解压缩，测量设备可以尝试读取以嵌入在音频信号中的代码形式发送的第二类节目识别标记，或者尝试根据解压缩的音频信号的预定部分产生第二候选签名。当然，如果SP/DIF连接处的信号是未被压缩的，或者是线性PCM，或者是已经解压缩的数字音频信号，那么可以不经过中间的解压缩步骤来收集第二标记和第二候选签名。另一方面，如果第一标记和第一候选签名是当前的，那么它们也可以被收集。
根据本发明的又一方面，用于收集调谐数据的方法包括以下步骤：获取步骤，用于在SP/DIF连接处获取输入数字音频信号；和处理步骤，用于采用四个并行声道处理所述输入信号以获取多达四种识别数据。所述识别数据包括：(i)压缩音频信号中出现的任何节目识别标记；(ii)解压缩的音频信号中出现的任何节目识别标记；(iii)来自输入信号(如果它是压缩的音频格式)的第一候选签名；以及(iv)来自解压缩的音频信号的第二候选签名。所有在每个测量时间处收集的所有四种可能的识别数据被组成一标时记录，可以把该标时记录传送到一存储-转发装置。该存储-转发装置至少把一些发送给它的标时记录存储在存储器中，并且随后将所存储的记录转发给一中央数据采集设备。对于受众测量领域的技术人员来说，应该清楚，并非所有收集的数据(例如，在电视机关闭期间收集的数据，或者支持测量中所要求的高时间分辨率的数据)都是有价值的，并且，由存储-转发装置、或者安装在用户住所的测量系统的其它部分所执行的筛选操作降低了存储和传输数据的成本。
根据本发明的再一方面，一种数字信号识别系统包括监测设备，该监测设备被调谐来监测可在统计选定的住所中收视的所有广播信号源。优选地，该监测设备收集并存储信号中出现的所有第一和第二节目识别标记，并且提取第一和第二签名的基准版本。这些数据被存储为标时记录，在这些标时记录中，数据收集时间之间的间隔是任何要使用这些数据的测量中可接受的最小时间间隔。例如，如果来自监测站点的数据既要用在最小可报告收视间隔为十秒的受众测量中，又要用在合同规定分辨率为半秒的商业广播验证研究中，那么监测站点将以半秒的分辨率收集数据。无论所用的分辨率为多少，中央设备定期地从一个或更多个监测站点以及一些预定数量的选定住所处获取数据，并对各种不同的签名与中间代码进行比较，以识别由抽样的受众成员所选的节目信号。
附图说明
图1是SP/DIF位流的数据结构图，AC-3音频数据和用于受众调查的ID标记及签名位于或提取自其中。
图2是根据本发明实施例的优选测量系统的系统级框图。
图3是图2中所示的测量设备的框图。
图4是逻辑图，示出了由本发明的调谐测量设备所执行的程序的主循环。
具体实施方式
1、引言
虽然本发明是参照电视受众监测(例如，尼尔逊(Nielsen)电视收视率)系统进行说明的，但是应该明白，本发明同样很好地适用于无线电广播受众监测、因特网受众监测、电台/电视广告验证、版税征收等。如在此所用，术语“节目信号”指的是不同长度的段，如节目、广告、宣传消息、公共服务广播等的全部或部分，也可指从消费者节目信号存储设备(如录像机(模拟的或数字的)、CD播放器、VCD播放器、DVD播放器等)中产生的信号。
简而言之，优选实施例接收数字节目信号，并且按四种方式中的一种或更多种对它进行分析。首先，该优选实施例可以识别在压缩音频信号中出现的任何节目识别标记。其次，该优选实施例可以识别在解压缩的音频信号中出现的任何节目识别标记。第三，该优选实施例可以从输入信号中识别第一候选签名(优选的是当该输入信号采用帧格式时)。第四，该优选实施例可以从解压缩的音频信号中识别第二候选签名。这些识别数据中的一个或更多个被存储在标时记录中，可以立即或者在更晚些时候使用该标时记录，来验证所传输的信息或者测量受众的参与程度。
2、信号格式
图1示出了AC-3和尼尔逊数据是如何填充在SP/DIF位流中的。如图1所示，SP/DIF位流信号10(作为示例，在此采用AC-3格式来压缩音频信号)的格式是基于国际电工技术委员会的IEC 60958标准的。它包括一由多个定长帧12组成的帧序列。每个帧包含两个子帧13。每个子帧包括一个前同步字段(preamble field)14、一个辅助数据字段15、接下来遵照IEC 61937标准传送的数据字段16、以及状态字段17。根据IEC 61937，一个数据组包括多个IEC 60958数据字段16。数据组以填充部分(stuffing)20分隔。数据组的长度是可变的。每个数据组包括一个头部21、数据组信息22、长度23、以及有效负荷24，有效负荷的长度由长度23表示。在此，有效负荷所携带的是AC-3数据。有效负荷包括SI 25、BSI 26、多个音频数据块27、辅助数据字段28，最后是CRC229，CRC2 29是用于整个AC-3帧的CRC(循环冗余校验)。根据本发明，使用最后两部分，以便执行媒体调查，包括测量受众的收视信息和监测节目。
数据组之间的填充部分20全部是零，然而，必须说明的是，IEC60958帧仍然包含前同步数据、信道状态位、有效性位等。第12至27位为零。数据组之间的填充部分用于保持音频输出的正确同步，这是由于数据信道具有高于传输压缩音频内容所必须的数据速率的数据速率容量。在“最坏的情况”下，即在数据速率容量被完全利用的情况下，不会剩下空余的填充空间。然而，根据来自真实音频内容的统计数据，通常存在可用的填充部分，其可以由预装在接收器中的驻留软件测量计更改并用于从接收器向外传送附加的收视活动信息。收视活动信息可以是对受众(收视者)正在对接收器所发生的行为以及接收器据此所做出反应的详细描述。
对于数字电视，采用压缩形式的视频和音频数据是由使用高级电视标准委员会(ATSC)所规定格式的位流传输的。所述音频数据使用杜比(Dolby)的AC-3压缩算法，并且AC-3位流除了包含实际的音频数据外，还包括头部，该头部含有诸如同步、定时和采样速率的附加信息。AC-3流被构成为帧，并且每帧都包含足够的数据，以重构与视频帧的持续时间恰好对应的音频信号。每帧所包含的16位字的总数是固定的。在帧的末尾，除了被指定用于检测帧接收中的差错的循环冗余校验(按照AC-3的术语为CRC2)字外，还具有用于插入辅助数据(AUXDATA)的保留字段。可以使用AUXDATA字段来传送与电视受众测量有关的节目和电视台信息。所述AUXDATA是两个字段：AUXDATAE，是1位的标志，用于指示将出现有效的AUXDATA；和AUXADATAL，是14位的字段，用于指示将出现的辅助数据有多少位。
在48kHz采样音频、16位每采样的情况下，每个AC-3帧以压缩形式表示6个音频“块”。每个块是从256个采样每声道导出的。声道的数量可以是1到6，其中1为单声道音频情况下的声道数，6为“5.1声道环绕声”情况下的声道数。采用多通道算法来对来自每个256-采样音频块的数据进行压缩，以便最小化表征它所需要的位数。由于帧的大小是固定的，所以在最佳化处理的结尾处，通常有几个字节可用作“剩余部分”——在位流中这些由SKIPLE定义——如果这位是“1”，意味着在流中包含有虚字节(dummy byte)。在这之后是一个9位的数量SKIPL，它定义了在流中的该点处跳过的字节数。
大部分现有AC-3位流发生器都不使用辅助数据字段，因此将AUXDATAE设为0。在这种情况下，为了利用AUXDATA特征，可以通过首先检查每个帧以确定帧中出现的跳过字节(SKIP byte)的总数来对所述流进行修改。这些将在每个块的末尾出现。这些将被用于在帧的末尾创建用于AUXDATA的必要空间。通过适当地修改位于每个块的末尾的SKIPL的值并重新封装各位，就可以为AUXDATA创建希望的空间量。在没有符合AUXDATA的足够位的情况下，将不对帧做任何改变，并把AUXDATAE设为0。需要注意的是，根据音频本身的特征，并非所有的帧都能够携带辅助数据。实际上在这些改变之后，不得不重新计算循环冗余校验字CRC1和CRC2。
3、信号识别技术
鉴于上述讨论，用于在具有时钟或与其相关联的其他时间保持装置的监测或受众测量系统中识别广播的第一项技术包括以下步骤：读取步骤，用于从数字音频信号帧40的辅助数据字段中读取节目识别标记；和关联步骤，用于将该标记与读取它的时间关联在一起作为标时记录，可将该标时记录存储在存储器中以备随后传送至一中央数据处理设备。第二项技术与第一项技术类似，所不同的是在将压缩的数字音频信号解压缩之后再获取节目识别标记。
在第一项和第二项技术中，节目识别标记所需的字节数可以相对地少一些。这样，即使没有提供辅助数据字段，或者即使所提供的字段是为其它用途预留的，也有可能向信号帧中添加代码。可以通过将代码写入帧的未用部分(例如，被常规音频数据处理操作所忽略的填充字节)来对节目信号进行编码。
用于被调谐的节目信号的第三项技术是从信号中提取典型特征或签名，这项操作是在统计选定的调谐站点和一个或更多个监测站点都进行的，所述一个或更多个监测站点用于监测在调谐站点可接收到的所有广播信号。然后可将来自调谐站点的候选签名与来自(各)监测站点的基准签名进行比较，以便通过匹配这些签名来识别所调谐的节目。相应地，可以通过将来自监测站点的候选签名与基准签名库进行比较，来识别重复的节目成分的广播。第四项技术与第三项技术类似，不同之处在于，在对压缩数字音频信号进行解压缩之后或者从原始的未压缩数字信号中提取候选签名。
在第三项和第四项技术中，使用明确定义的数据格式传输数字信号，从而便于通过比较签名来识别广播节目。比较签名的一种方式是，在测量站点(调谐站点和/或监测站点)和基准站点，都从数字音频信号的帧10中提取预定的字段。在本发明的优选实施例中，在形成标时记录的全部或部分的步骤中，从每个数字音频帧中读取一校验和字段(通常是一CRC校验和)，并将该校验和字段与时钟或其它时间保持装置输出的读取时间关联起来。CRC是所希望的签名，因为它包括一个相对较小的数据字段，该数据字段是足以产生唯一签名的变量。然而，应该意识到，数据帧10的很多其它部分(例如，辅助数据字段的非节目标记内容)可同样很好地起到这样的作用。
比较从模拟信号中提取的签名通常需要用于解决以下两个问题的电路或信号处理：(i)时间误差或漂移，和(ii)在两个不同位置处所获取的信号的幅度变化。然而，对于数字信号，识别和匹配处理都明显地简化了。虽然识别算法必须支持相对于每个其它数据块沿时间轴“滑动”数据块以便调节时间漂移或其它时间保持差错，但是却没有了对应的信号幅度问题，因为两个匹配信号基本上是按位一致的。
本发明的优选实施例结合了所有以下四种技术：从数字音频信号帧的辅助数据字段读取节目识别标记，从解压缩的或未压缩的音频信号中读取嵌入代码的节目识别标记，读取信号帧的预定部分，从解压缩的或未压缩的音频信号中提取签名。如果发现了信号帧的预定部分和签名，那么就把它们与读取帧时的本机时间关联起来，以便为接收到的数字音频信号的每帧生成一标时调谐记录。在运行期间，可能并不会同时出现全部四项技术。例如，原始音频信号可能是未压缩的(线性的)数字音频信号。那么，可以仅仅采用第三项和第四项技术。即使对于压缩数字信号，也可能许由于各种原因而在辅助数据字段中缺少节目标记。只要系统获得至少一个标记或至少一个签名，那么就将该至少一个标记或至少一个签名与读取帧时的本机时间关联起来，以便为接收到的数字音频信号的每帧生成一标时调谐记录。
4、结构
在图2所示的优选实施例中，调谐或验证站点36包括接收器34、调谐测量装置48、时钟或定时装置38、以及存储-转发装置52。调谐测量装置48接收由消费者的接收硬件34在工业标准SP/DIF连接器50处输出的数字音频信号。调谐测量装置48将该信号解码，以便读取节目识别标记(如果存在任何标记)，并且为签名分析(将在下面说明)收集每个信号帧的一预定部分。可以把调谐测量装置48、时钟或定时装置38以及存储-转发装置52(图2)具体实现在单台计算机中，或者具体实现在多个处理器中，或者具体实现在硬连线的电路中。也可把这些电路并入家用机顶盒中，或者将它们用作独立的装置。
调谐测量装置48产生的标时记录被发送到数据存储-转发装置52，该数据存储-转发装置52将这些记录的全部或一些子集存储在存储器44中，以便随后利用调制解调器53通过公共交换电话网54将它们传送至一中央数据收集设备46。应该意识到，除了拨号的调制解调器，其它合适的通信装置，如线缆调制解调器或无线数据链路也可以用于这种用途。
更具体来说，将调谐测量设备48配置得连接到一作为消费者所拥有的接收装置34(可以是数字电视接收器)的一部分的SP/DIF连接器50，接收装置34可以是数字电视接收器、向NTSC接收器提供模拟信号的机顶盒、或者任何其它此类接收装置。为了支持行业标准，所述SP/DIF连接器处的信号可以是位速率为64kb/s或更低的线性PCM(未压缩的)数字音频信号，或者可以是采用AC-3格式的、位速率为384kb/s的非线性PCM编码音频位流信号。虽然标准允许多路复用传输AC-3流，但是最初投放市场的设备只传输一个流。如果要传输两个或更多流，那么可以把本发明的设备配置成选择其中一个AC-3流进行解码。要注意的是，对于出现在SP/DIF连接器处的任何信号，装置48都不需要处理全部的DTV位流，DTV位流具有高得多的位速率19.2Mb/s。因此，预期所述优选实施例比消费者的接收设备中的接收全部DTV信号的备用装置更便宜，并且也更可靠。
当所关注的问题是高效地使用存储器44同时仍支持测量指定的时间信号间隔度(granularity)时，可以丢弃不存储在存储器44中的记录。例如，如果根据帧头部之间的间隔为8毫秒的数字广播信号来进行保证分辨率为15秒的受众测量，那么存储器44只需要保留接收设备处于激活在用状态时所获取的1875条记录中的一条记录。当然，当设备未处于在用状态的时候，就无需收集数据。因此，如果被监测的SP/DIF连接器总是提供输出(例如，如果使用常开机顶盒数字接收器为NTSC(电视)提供信号就是这种情况)，那么分立的开/关传感器56可以为存储-转发装置提供输入，以指示要收集数据的时间段。
优选实施例中的存储-转发装置52根据输入来合成标时记录。如前所述，从测量装置48发送的数据量(优选地从所述音频信号的每帧中获取)远超过受众测量中所需的数据量。因此，存储-转发装置52可以对输入进行过滤，并且仅根据它们中的一些来生成标时记录。另一方面，用于测量的监测站点可以基本上采用相同的处理来收集并保存所有的可用数据，以便接下来与来自多个统计选定住所的数据进行比较。
如图3所示，为了避免信号在接收器输出端发生衰减，装置48优选地包括一中继器电路64，该中继器电路64用于向第二SP/DIF连接器66提供中继信号，所述第二SP/DIF连接器66可用于为其它消费者所有的设备提供信号。输入到装置48的信号被提供给用于确定信号是未压缩的(线性的)PCM信号还是AC-3信号的位速率检测器68，以便将AC-3信号发送至帧解码器70，并将未压缩的PCM信号发送至嵌入代码读取器电路72(用于从信号中提取嵌入的音频代码)和签名提取器电路74。如果信号是AC-3格式的，则帧解码器70提供辅助数据字段(如果有)的内容和所述帧的一预定部分(例如，CRC字段)的拷贝作为向存储-转发装置52的输出。帧解码器70还具有一向解压缩电路76的输出，该解压缩电路76为嵌入代码读取器72和签名提取器74提供数字信号。签名提取器74可以向存储-转发装置52提供来自解压缩信号的候选签名或来自未压缩信号的候选签名。
优选实施例可以从线性PCM音频信号中收集数据，其中该线性PCM音频信号可以是原本未经压缩的，或者是通过解压缩处理从传输的非线性PCM编码的音频位流信号中获取的，其中所述解压缩处理是恢复在传输之前压缩的信号的部分标准操作。在这些情况下，可以采用前述的第三项和第四项技术。
以下文献中公开了用于通过频谱调制来对音频信号进行编码的方法和设备：1998年7月16日提交的第09/116,397号美国专利申请，该申请已被指定给本申请的受让人；1999年10月27日提交的第09/428,425号美国专利申请；以及，2000年4月6日提交的第09/543,480号美国专利申请，在此将每一个专利申请并入作为参考。这些编码装置被选择成，使代码在随后的压缩和解压缩中继续存在并且因此可与各种数字信号传输标准相容。应该意识到，已经开发(和将要开发)的其它编码装置满足该处理。因此，本发明的优选实施例尝试从PCM音频信号中恢复编码的节目标记，其中所述的PCM音频信号可以是解压缩的音频信号。当然，在其它装置中，可以从模拟音频信号(如从邻近广播员的麦克风中获得的模拟音频信号)中恢复音频代码。
如前所述，在广播测量领域已知的是，从视频和/或音频信号中提取签名，并且将这些签名与由类似装置从已知节目信号中提取的基准签名进行比较。在本发明的优选实施例中，从线性PCM音频信号中提取签名，并将该签名与其它识别数据一起存储为标时调谐记录。虽然本优选装置要求从PCM数字音频数据流中提取该签名，但是本领域内的技术人员应该明白，也可以选择将数字音频信号转换成模拟信号，然后利用如在美国专利No.4,697,209和4,677,466(这两个专利在此都被并入作为参考)中所述的方法来提取签名。
5、过程
本发明的优选实施例对接收到的信号执行四个识别过程，并且通常以并行方式进行操作，如图4的流程图所示。应该意识到，由于这些过程中的任何一个都可以实现明确的节目信号识别，所以也可以使用较少的识别过程。此外，不必收集所有时间的所有识别数据，可以设置一个分级收集方案，如Thomas等人在美国专利No.5,481,294(在此并入作为参考)中所述的方案，该方案首先查找一优选的识别数据，并且仅在未获得该第一优选数据的情况下才收集替换数据。例如，可以配置一系统，其中，首先在数字信号帧的辅助字段31中搜索节目标记，并且只在尝试读取辅助字段失败的情况下，在解压缩的数字信号中搜索嵌入的代码。
此外，还可以选择运行多个识别过程，然后在合成标时记录时从可用的数据中进行选择(步骤42)。例如，如果从一辅助字段中读取出一明确的识别标记，那么可以将该代码和CRC签名保存为标时记录。继续这个示例，如果没有发现辅助代码，但是读取了一嵌入代码，那么中央数据收集设备可以保存CRC签名和该嵌入代码以备检索。
在图4中，在步骤S1中，在SP/DIF连接处获得了与节目相关联的数字音频信号。在步骤S2中，从数字音频信号帧的辅助数据字段中读取了节目识别标记。在步骤S3中，从每个数字音频帧中读取了校验和字段(通常是CRC校验和)，并且将该校验和字段与从时钟或其它时间保持装置38输出的读取时间关联起来，这构成了标时记录的全部或部分。如果已接收到的数字音频信号是压缩信号，则在步骤S4中将其解压缩。在步骤S5中，从解压缩的音频信号(即，PCM音频信号)中恢复编码的节目标记。在步骤S6中，从线性PCM音频信号中提取签名，并且在步骤S7中，将所述签名连同任何其它识别数据一起存储为标时调谐记录。虽然本优选实施例并行地执行四个信号识别过程，但是也可以并行或串行地执行这些过程中任何两个或更多个的组合。例如，过程可以首先确定已接收到的信号是否被压缩，然后调用合适的节目识别和签名提取步骤。还可以选择运行这些识别过程的任何组合，然后在合成标时记录时从可用的数据中进行选择。
如前所述，可以由广播电台和/或节目提供商对辅助数据字段中的节目标记(例如，识别标记)进行编码。作为另选的节目标记代码，广播电台和/或发布系统中的任何其它参与者也可以在辅助数据字段中插入PSIP(节目系统信息协议)、和/或内容识别(内容ID)数据、和/或其它有用的数据。作为又一另选的节目识别代码，广播电台和/或发布系统中的其它参与者还可以将来自辅助数据字段外的位流数据区域的节目相关数据复制到辅助数据字段中。也可以利用填充部分的统计利用率来传送收视活动信息。此外，除了非线性PCM嵌入音频位流之外，SP/DIF标准还考虑了非音频数据。可以将数字签名和辅助代码有效地应用于识别或监测包括因特网和其它数据传输应用在内的非音频数据。所有这些另选方案都落在所附权利要求的范围内。
6、结论
因此，已经说明的是用于精确且可靠地检测数字音频信号的数字音频信号识别系统和方法。根据本发明的该系统可用于验证站点、基准库站点、受众监测住所，以及需要监测、存储和/或比较数字音频信号的任何站点。
附图中的以方框或示意形式所示的各独立组件都是信号处理领域中所公知的，或者在这里并入作为参考的文档中有过说明，它们的具体构成和/或操作对用于实施本发明的操作或最佳模式不是关键性的。
尽管参照目前被视为优选实施例的实施例来对本发明进行了说明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的实施例。相反，本发明将覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改以及各种等同的结构和功能。

Claims (82)

1、一种用于识别数字音频信号的设备，包括：
输入端，用于接收数字音频信号；和
识别结构，用于：(i)识别已接收数字音频信号中的节目识别代码，(ii)识别解压缩的或未压缩的已接收数字音频信号中的节目识别代码，(iii)识别已接收数字音频信号中的特征签名，以及(iv)识别解压缩的或未压缩的已接收数字音频信号中的特征签名。
2、根据权利要求1所述的设备，其中，所述识别结构为所识别的信号加时间标记。
3、根据权利要求2所述的设备，还包括一用于为所述识别结构提供时钟信号的时钟。
4、根据权利要求2所述的设备，还包括一用于存储所述标时识别信号的存储器。
5、根据权利要求4所述的设备，还包括传送结构，用于将所存储的标时识别信号传送至一收集站点。
6、根据权利要求1所述的设备，其中，所述识别结构设置在住所中。
7、根据权利要求1所述的设备，其中，所述识别结构设置在验证站点中。
8、根据权利要求1所述的设备，其中，所述识别结构设置在监测站点中。
9、根据权利要求1所述的设备，还包括一调谐器，用于接收广播节目信号并将所述数字音频信号输出至所述输入端。
10、根据权利要求1所述的设备，其中，所述节目识别代码由广播电台和/或节目制作商置于所述数字音频信号的辅助数据字段中。
11、根据权利要求10所述的设备，其中，所述节目识别代码是节目系统信息协议(PSIP)数据、内容ID数据、和/或其它有用的数据，这些数据由广播电台和/或发布系统中的任何其它参与者置于所述辅助数据字段中。
12、根据权利要求10所述的设备，其中，所述节目识别代码是节目相关数据，该节目相关数据由广播电台和/或发布系统中的其它参与者从所述辅助数据字段外的位流数据区域复制到所述辅助数据字段中。
13、根据权利要求10所述的设备，其中，填充部分被更改为与收视活动信息相对应的数据。
14、根据权利要求10所述的设备，其中，所述节目识别代码和特征信号对应于因特网传输。
15、用于接收输入数字音频信号的信号识别结构，包括：
信号处理结构，用于执行以下操作中的至少一项：(i)从压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中确定一识别代码，并且从该压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中提取一签名；和，(ii)从未压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中确定一识别代码，并且从该未压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中提取一签名。
16、根据权利要求15所述的结构，其中，所述信号处理结构执行(i)和(ii)全部两项操作。
17、根据权利要求15所述的设备，其中，所述处理结构向所确定的和/或所提取的信号加时间标记。
18、根据权利要求17所述的设备，还包括一用于为所述处理结构提供时钟信号的时钟。
19、根据权利要求17所述的设备，还包括一用于存储所述标时信号的存储器。
20、根据权利要求19所述的设备，还包括传送结构，用于将所存储的标时信号传送至一收集站点。
21、根据权利要求15所述的设备，其中，所述处理结构设置在住所中。
22、根据权利要求15所述的设备，其中，所述处理结构设置在验证站点中。
23、根据权利要求15所述的设备，其中，所述处理结构设置在监测站点中。
24、根据权利要求15所述的设备，还包括一调谐器，用于接收广播节目信号并将所述数字音频信号输出至所述处理结构。
25、一种用于识别数字音频信号的方法，包括以下步骤：
接收步骤，用于在输入端处接收所述数字音频信号；和
配置步骤，用于对处理结构进行配置以执行以下操作：(i)识别已接收数字音频信号中的节目识别代码；(ii)识别解压缩后的已接收数字音频信号中的节目识别代码；(iii)识别已接收数字音频信号中的特征签名；以及，(iv)识别解压缩后的已接收数字音频信号中的特征签名。
26、根据权利要求25所述的方法，其中，所述处理结构向所识别的信号加时间标记。
27、根据权利要求26所述的方法，还包括为所述处理结构提供时钟信号的步骤。
28、根据权利要求26所述的方法，还包括存储所述标时识别信号的步骤。
29、根据权利要求28所述的方法，还包括将所存储的标时识别信号传送至一收集站点的步骤。
30、根据权利要求25所述的方法，其中，所述处理结构设置在住所中。
31、根据权利要求25所述的方法，其中，所述处理结构设置在验证站点中。
32、根据权利要求25所述的方法，其中，所述处理结构设置在监测站点中。
33、根据权利要求25所述的方法，还包括使用调谐器接收广播节目信号并将所述数字音频信号输出至所述输入端的步骤。
34、一种信号识别过程，用于接收输入的数字音频信号，包括以下步骤：
执行以下确定步骤中的至少一项：
i)从压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中确定一识别代码，并从该压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中提取一签名；和
ii)从未压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中确定一识别代码，并从该未压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中提取一签名。
35、根据权利要求34所述的过程，其中，(i)和(ii)全部两项都被执行。
36、根据权利要求34所述的过程，还包括向所确定的和/或所提取的信号加时间标记的步骤。
37、根据权利要求36所述的过程，还包括为所述确定步骤中的至少一个提供时钟信号的步骤。
38、根据权利要求36所述的过程，还包括存储所述标时信号的步骤。
39、根据权利要求38所述的过程，还包括将所存储的标时信号传送至一收集站点的步骤。
40、根据权利要求35所述的过程，其中，在住所中执行所述确定步骤。
41、根据权利要求35所述的过程，其中，在验证站点中执行所述确定步骤。
42、根据权利要求35所述的过程，其中，在监测站点中执行所述确定步骤。
43、根据权利要求35所述的过程，还包括如下步骤：使用调谐器接收广播节目信号，并将所述数字音频信号输出至所述确定步骤。
44、根据权利要求35所述的过程，还包括对已接收数字音频信号进行解压缩的步骤。
45、一种计算机可读存储介质，用于使一台或更多台计算机执行用于识别数字音频信号的方法，该计算机可读存储介质使所述一台或更多台计算机执行以下步骤：
输入数字音频信号；和
对处理结构进行配置以执行以下操作：(i)识别已接收数字音频信号中的节目识别代码；(ii)识别解压缩后的已接收数字音频信号中的节目识别代码；(iii)识别已接收数字音频信号中的特征签名；以及，(iv)识别解压缩后的已接收数字音频信号中的特征签名。
46、根据权利要求45所述的计算机可读存储介质，其中，所述处理结构被配置成向所识别的信号加时间标记。
47、根据权利要求46所述的计算机可读存储介质，还包括为所述处理结构提供时钟信号的步骤。
48、根据权利要求46所述的计算机可读存储介质，还包括存储所述标时识别信号的步骤。
49、根据权利要求48所述的计算机可读存储介质，还包括将所存储的标时识别信号传送至一收集站点的步骤。
50、根据权利要求45所述的计算机可读存储介质，其中，所述处理结构设置在住所中。
51、根据权利要求45所述的计算机可读存储介质，其中，所述处理结构设置在验证站点中。
52、根据权利要求45所述的计算机可读存储介质，其中，所述处理结构设置在监测站点中。
53、根据权利要求45所述的计算机可读存储介质，还包括如下步骤：使用调谐器接收广播节目信号，并将所述数字音频信号输出至所述处理结构。
54、一种计算机可读存储介质，用于使一台或更多台计算机执行用于接收输入的数字音频信号的信号识别过程，该计算机可读存储介质使所述一台或更多台计算机执行以下步骤：
执行以下操作中的至少一项：
i)从压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中确定一识别代码，并从该压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中提取一签名；和
ii)从未压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中确定一识别代码，并从该未压缩的已接收输入数字音频信号的一部分中提取一签名。
55、根据权利要求54所述的计算机可读存储介质，其中(i)和(ii)全部两项都被执行。
56、一种测量设备，用于确定多个数字广播节目信号中的哪个信号被广播接收器设备所接收，该广播接收器设备具有一用于输出数字音频信号的接收器输出连接器，该测量设备包括：
输入连接器，被配置成将所述测量设备连接到所述接收器输出连接器；
中继器电路，被配置成接收所述数字音频信号并向所述测量设备的一输出连接器部分提供该数字音频信号的中继拷贝；
时钟，被配置成提供读取时间输出；
解码电路，具有来自所述时钟的输入，该解码电路被配置成从所述数字音频信号中读取一辅助代码并将该辅助代码与读取时间关联起来；
签名提取器，具有来自所述时钟的输入，该签名提取器被配置成从所述数字音频信号中提取一数字签名并将该数字签名与读取时间关联起来；
存储器，用于存储多条数据记录，每条数据记录都包括：一相应的读取时间；和，与该相应的读取时间相关联的辅助代码和与该相应的读取时间相关联的数字签名中的至少一个；以及
通信装置，被配置成将所述多条数据记录传送给一数据收集设备。
57、根据权利要求56所述的测量设备，其中，所述数字信号包括一具有多个帧的帧序列，每个帧都包括一被配置得包含所述辅助代码的相应的辅助数据字段，每个帧还包括一可用作所述数字签名的预定部分。
58、根据权利要求56所述的测量设备，还包括：
信号解压缩电路，用于将所述帧序列转换成PCM数字信号；
第二解码电路，被配置成接收所述PCM信号，从所述PCM信号中提取嵌入的第二辅助代码，并将该第二辅助代码与读取时间关联起来；
第二签名提取器，被配置成接收所述PCM信号，从所述PCM信号中提取第二数字签名，并将该第二数字签名与读取时间关联起来；并且
其中，每条数据记录还包括所述嵌入的代码和所述第二数字签名中的至少一个。
59、根据权利要求56所述的测量设备，其中，所述数字信号包括将所述辅助代码嵌入其中的PCM信号。
60、根据权利要求56所述的测量设备，还包括确定结构，用于确定从所述接收器输出的数字音频信号是非线性的PCM编码音频位流信号还是线性的PCM音频信号。
61、根据权利要求56所述的测量设备，其中，所述接收器输出连接器包括一SP/DIF连接器。
62、一种用于产生标时调谐记录的方法，该标时调谐记录用于确定在接收站点处接收器设备选择了多个节目信号中的哪一个，所述接收器设备具有一接收器输出连接器，该接收器输出连接器被配置成输出与所述多个节目信号中的选定节目信号唯一关联的数字音频信号，该数字音频信号包括一具有多个帧的帧序列，所述方法包括以下步骤：
从所述接收器输出连接器接收所述数字音频信号；
为除所述接收器输出连接器以外的一输出连接器提供所述数字音频信号的一中继拷贝；
尝试从所述多个帧中的一帧的预定字段中读取来自所述数字音频信号中的相应的第一辅助代码；
将所述多个帧中的一帧的预定部分复制为相应的第一数字签名；
由读取时间数据、和所述第一辅助代码和所述第一数字签名中的至少一个组成所述标时调谐记录，其中，所述读取时间数据表示从所述接收器输出连接器接收所述多个帧中的所述一帧的时间；以及
将所述标时记录传送至一数据收集设备。
63、根据权利要求62所述的方法，还包括以下附加步骤：
对非线性的PCM编码音频位流信号进行解压缩，以得到线性的PCM信号；
尝试从该线性的PCM信号中读取嵌入在其中的第二辅助代码；以及
从该线性的PCM信号中提取第二数字签名；
其中，组成所述标时记录的步骤包括如下步骤：将所述第二辅助代码和所述第二数字签名中的至少一个包括在所述标时记录中。
64、根据权利要求62所述的方法，其中，被复制为所述第一数字签名的所述预定部分包括一校验和字段。
65、根据权利要求62所述的方法，其中，所述预定字段包括一辅助数据字段。
66、根据权利要求62所述的方法，其中，所述数字音频信号包括具有AC-3格式的信号。
67、一种用于产生标时调谐记录的方法，该标时调谐记录用于确定在接收站点处接收器设备在读取时间选择了多个节目信号中的哪个节目信号，该接收器设备具有一被配置成输出数字音频信号的接收器输出连接器，所述数字音频信号与所述多个节目信号中的选定节目信号唯一地相关联，所述方法包括以下步骤：
从所述接收器输出连接器接收所述数字音频信号；
尝试读取嵌入在所述数字音频信号中的辅助代码；
从所述数字音频信号中提取数字签名；
由所述读取时间、和所述辅助代码和所述第一数字签名中的至少一个组成所述标时调谐记录；以及
将所述标时记录传送至一数据收集设备。
68、根据权利要求67所述的方法，还包括输出所述数字音频信号的一中继拷贝的步骤。
69、根据权利要求67所述的方法，其中，所述选定的节目信号包括广播节目信号。
70、根据权利要求67所述的方法，其中，所述选定的节目信号是从与所述接收器设备一起设置在住所中的消费者节目信号存储设备中产生的。
71、一种测量设备，用于确定多个节目信号中的哪个节目信号被接收器设备选择，该接收器设备具有一SP/DIF输出连接器，该SP/DIF输出连接器用于输出与选定的节目信号唯一地相关联的接收器输出数字音频信号，该接收器输出数字音频信号具有非线性的PCM编码音频位流信号格式和线性的PCM音频信号格式中的一种格式，所述测量设备包括：
输入连接器，被配置成将所述测量设备连接到所述SP/DIF输出连接器；
时钟，被配置成提供读取时间输出；
第一解码电路，被配置成接收所述读取时间输出，如果所述数字音频信号具有非线性的PCM编码音频位流格式，则该第一解码电路从所述数字音频信号中读取一辅助代码并将该辅助代码与一读取时间关联起来；
第一签名提取器，被配置成接收所述读取时间输出，如果所述数字音频信号具有非线性的PCM编码音频位流格式，则该第一签名提取器从所述数字音频信号中提取一第一数字签名并将该第一数字签名与读取时间关联起来；
信号解压缩电路，如果所述数字音频信号具有非线性的PCM编码音频位流格式，则该信号解压缩电路将所述接收器输出数字音频信号转换成经转换的线性PCM音频信号；
第二解码电路，被配置成接收所述读取时间输出，该第二解码电路从所述接收器输出PCM数字音频信号和所述经转换的线性PCM数字音频信号中的一个中读取一嵌入代码，并将该嵌入代码与所述读取时间关联起来；
第二签名提取器，被配置成接收所述读取时间输出，该第二签名提取器从所述接收器输出PCM数字音频信号和所述经转换的PCM音频信号中的一个中提取一第二数字签名，并将该第二数字签名与所述读取时间关联起来；
存储器，用于存储多条数据记录，每条数据记录包括：一相应的读取时间；和，与该读取时间相关联的相应的第一辅助代码、相应的第一数字签名、相应的嵌入代码以及相应的第二数字签名中的一个；以及
传送装置，被配置成将所述多条数据记录传送至一数据收集设备。
72、根据权利要求71所述的测量设备，其中，所述第一数字签名包括所述非线性PCM编码音频位流信号的一预定部分的一个拷贝。
73、根据权利要求72所述的测量设备，其中，所述第一解码电路被配置成从所述非线性PCM编码音频位流信号的辅助数据字段部分中读取所述辅助代码。
74、根据权利要求72所述的测量设备，还包括一中继器电路，被配置成接收所述接收器输出数字音频信号并向所述测量设备的一输出连接器部分提供该接收器输出数字音频信号的一中继拷贝。
75、根据权利要求72所述的测量设备，其中，所述传送装置包括一数据存储-转发装置的调制解调器部分，并且其中，所述数据存储-转发装置包括用于存储所述多条数据记录的所述存储器。
76、一种用于产生标时调谐记录的方法，该标时调谐记录用于确定在接收站点处接收器选择了多个节目信号中的哪个节目信号，该接收器具有一接收器输出连接器，该接收器输出连接器被配置成输出采用线性PCM格式或非线性PCM编码音频位流格式的接收器输出数字音频信号，该接收器输出数字音频信号与所述多个节目信号中的选定节目信号唯一地相关联，所述方法包含以下步骤：
从所述接收器输出连接器接收所述接收器输出数字音频信号；
确定所述接收器输出数字音频信号是非线性PCM编码音频位流信号还是线性PCM信号；
如果所述接收器输出数字信号是非线性PCM编码音频位流信号，则尝试从每帧的一预定字段中读取来自所述接收器输出数字信号的第一辅助代码；
如果所述接收器输出数字信号是非线性PCM编码音频位流信号，则复制每帧的一预定部分作为第一数字签名；
如果所述接收器输出数字信号是非线性PCM编码音频位流信号，则解压缩该非线性PCM编码音频位流信号，以产生解压缩的PCM数字信号；
尝试从所述接收器输出PCM数字信号和所述解压缩的PCM数字信号中的一个中读取嵌入在其中的第二辅助代码；
从所述接收器输出PCM数字信号和所述解压缩的PCM数字信号中的一个中提取一第二数字签名；
由读取时间数据、和所述第一辅助代码、所述第一数字签名、所述第二辅助代码以及所述第二数字签名中的至少一个组成所述标时调谐记录；以及
将所述标时记录传送至一数据收集设备。
77、根据权利要求76所述的方法，还包括如下步骤：在所述数据收集设备处，对所述标时记录中的数据与多个标时基准调谐记录中的至少一个中的对应数据进行比较，每条基准调谐记录都包括：从在所述接收站点处可接收到的广播源播送的数字广播信号的每帧的所述预定部分的一拷贝；和一从获取自所述数字广播信号的解压缩的PCM数字信号中提取的基准数字签名。
78、根据权利要求76所述的方法，还包含如下步骤：在除所述接收器输出连接器以外的一输出连接器处中继已接收到的输出数字音频信号。
79、根据权利要求76所述的方法，还包括将所述调谐记录存储在一数据存储-转发装置的存储器部分中的步骤，该步骤在组成所述调谐记录的步骤之后并且在将所述调谐记录传送至一数据收集设备的步骤之前。
80、一种广播受众测量方法，用于确定在多个调谐时间、位于一统计选定的调谐站点的接收设备调谐了预定数量的广播信号中的哪一个，其中，每个广播信号都包括一相应的数字音频分量，该数字音频分量被格式化为一相应的具有多个数据帧的数据帧序列，并且其中，所述接收设备包括一用于提供所述数字音频信号的输出连接器，所述方法包括以下步骤：
从已调谐的广播信号中选择所述多个数据帧的一子集；
将该子集中的每个数据帧与相应的调谐时间关联起来；
将具有多个调谐记录的一调谐记录集存储在调谐站点处的调谐存储器中，每个调谐记录都包括所述子集中的相应数据帧的预定部分的拷贝、和所述相应的调谐时间；
将所述调谐记录集传送至一中央数据收集设备；
在至少一个基准站点处接收所述预定数量的广播信号，并将相应的标时基准记录集存储在一基准存储器中，每个基准记录集都包括与相应的一个广播信号相关联的数字音频分量中的每个数据帧的预定部分的拷贝；
将各基准记录集传送至所述中央数据收集设备；以及
在所述中央数据收集设备处，对所述调谐记录集与基准记录集进行比较，以确定哪个广播信号是被调谐的广播信号。
81、根据权利要求80所述的方法，其中，至少一个调谐记录包括一从相应的至少一帧的辅助数据字段部分读取出的辅助代码。
82、根据权利要求80所述的方法，其中，所述辅助数据字段部分包括多个跳过位而不包括辅助数据。
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