用於具有減少的信息損失的電子通信的系統、方法和設備與流程
2023-10-30 07:45:05
本申請主張於2014年4月17日提交的申請號為61/981,010的美國臨時專利申請的優先權。其涉及於2014年2月10日提交的申請號為61/938,072的美國臨時專利申請以及於2015年2月9日提交的申請號為14/617,527的美國臨時專利申請。這些文檔中的每個的公開內容通過引用全部合併於此。
技術領域
本發明總體涉及電子通信，並且更具體地涉及具有減少的信息損失的通信系統、方法和設備。
背景技術：
在當今世界，我們廣泛依賴於現代通信系統，諸如行動電話/設備、無線電、電視等。這些設備的普及性以及它們在我們日常生活中的重要性快速地增加。
技術實現要素：
公開了具有減少的信息損失的通信系統、方法和設備。在一個實施例中，該系統、方法和設備可以通過將(多個)信號或(多個)信號元素編碼成傳輸的若干分段或部分(例如，時間窗)(例如，(多個)信號或(多個)信號元素的多個實例在多個傳輸時間期間被提供)向一個或多個信號、信號元素等提供冗餘，以便補償遍歷具有由於例如失真、通信丟失、遮蔽等導致的信息丟失的潛在周期的傳輸路徑。接收設備(如果被使能(enabled))可以解碼被編碼的(多個)信號或(多個)信號元素並執行附加處理。此類處理可以重現(多個)信號或(多個)信號元素的感知上相同的近似值。這在由於信息損失而未被接收的損失信號信息的重現中是有利的，因此減少了沿著傳輸路徑經受的信息損失，諸如丟失、失真、遮蔽等。接收設備(如果未被使能)可以在與原始信號的未編碼版本沒有感知差異的情況下重現遭受潛在信息損失的原始信號。
本發明的目的是提供如下系統、方法和設備：在該系統、方法和設備中，信號(諸如音頻信號)可以在傳輸到一個或多個接收器之前被處理。信號處理可以減少信號(例如，包含語音的信號)在傳輸路徑中的信息損失。
本發明的進一步目標是提供如下系統、方法和設備：在該系統、方法和設備中，被處理的信號(包括附加信息)可以與未處理的信號在感知上不易區別，由此在感知上不影響不能被使能以解碼處理信號的接收設備的用戶的信號質量的情況下，提高傳輸信號的完整性。能夠解碼信號的設備可以被稱為「使能設備(enabled device)」。
在一個實施例中，一個分段或時間窗的代理候選可以被編碼在另一分段或時間窗中的頻率元素內，或者可以代替另一分段或時間窗中的頻率元素。在一個實施例中，該頻率元素可以被相鄰的頻率元素遮蔽。
在一個實施例中，使用一組窄帶濾波器可以比使用時間頻率變換在計算上不那麼密集，並且還可以降低或消除窗邊界不連續的問題。
在一個實施例中，信號可以被延遲一次或多次，並且每個延遲版本可以被一組窄帶濾波器進行濾波，並且延遲信號的頻譜表示可以通過在每個濾波器組處消除低電平窄帶濾波器的輸出來生成。
在一個實施例中，具有延遲i+1的信號的頻譜表示可以被存儲在存儲器中並被嵌入作為具有延遲i的音頻信號的頻譜表示中的代理。具有延遲i+2的音頻信號的頻譜表示可以被存儲作為具有延遲i+1的音頻信號的頻譜表示中的代理，並且還可以被存儲作為具有延遲i的音頻信號的稀疏頻譜表示中的代理，對於延遲i+3以此類推。
在一個實施例中，存儲的代理可以被解碼並用於替代遭受信息損失(例如，失真、丟失等)的延遲信號。在一個實施例中，傳輸的延遲可以與應用到輸入音頻信號的最大延遲相等。
在一個實施例中，如果沒有信息損失，則存儲代理中的一些或全部可以被解碼並被平均化以便降低在傳輸信號中獲得的任意噪聲。
在一個實施例中，為了傳輸具有比傳輸信道的帶寬更大的帶寬的信號，信號中超出信道帶寬的高頻元素可以被編碼為傳輸信道的頻率範圍內的頻率下的代理。編碼可以在同一個部分(延遲)內或跨多個部分(延遲)。
在一個實施例中，代理候選可以在不同的信號中被編碼。例如，兩個信號可以被並行傳輸，具有輕微延遲等，並且來自一個信號的代理候選可以在另一個中被編碼。
公開了用於通過通信網絡傳輸的處理信號的方法。在一個實施例中，該方法可以包括(1)至少一個信號處理器識別信號的第一分段；(2)該至少一個信號處理器生成信號的第一分段的表示；(3)至少一個信號處理器識別該信號的第一分段的表示的第一多個代理候選；(4)該至少一個信號處理器生成信號的第二分段的表示；以及(5)該至少一個信號處理器將第一多個代理候選編碼為信號的第二分段的表示中的第一多個代理。
在一個實施例中，第二分段可以在第一分段之前。在另一個實施例中，第二分段可以在第一分段之後。
在一個實施例中，至少一個信號處理器識別信號的第一分段的步驟可以包括該至少一個信號處理器將信號劃分為多個分段，每一分段具有相同的持續時間。
在一個實施例中，第一分段和第二分段可以具有不同的持續時間。
在一個實施例中，第一分段和第二分段中至少一個的持續時間可以被動態確定。
在一個實施例中，生成信號的第一分段的表示的步驟可以包括多個窄帶濾波器對信號的第一分段進行濾波；以及衰減具有低於預定閾值的電平的多個濾波器的輸出。
在一個實施例中，第一分段的表示和第二分段的表示可以使用時間頻率變換被生成為頻譜表示。
在一個實施例中，該方法可以進一步包含通過通信網絡傳輸信號的第一分段和包括第一多個代理的信號的第二分段。信號的傳輸可以在檢測、生成以及編碼步驟中的至少一個期間被延遲。
在一個實施例中，信號的第一分段和包括第一多個代理的信號的第二分段可以在傳輸之前被組合。在另一個實施例中，信號的第一分段和包括第一多個代理的信號的第二分段可以被並行傳輸。在另一個實施例中，包括第一多個代理的信號的第二分段可以通過通信網絡傳輸。
在一個實施例中，該信號可以包括音頻信號。
在一個實施例中，該方法還可以包括至少一個信號處理器生成信號的第三分段的表示；該至少一個信號處理器識別該信號的第二分段的表示中的第二多個代理候選；以及該至少一個信號處理器將第一多個代理候選編碼為信號的第三分段的表示中的第一多個代理，並將第二多個代理候選編碼為信號的第三分段的表示中的第二多個代理。
公開了用於處理通過通信網絡傳輸的信號的方法。在一個實施例中，該方法可以包括(1)至少一個信號處理器將信號劃分為多個時間窗；(2)該至少一個信號處理器生成第一時間窗的表示；(3)該至少一個信號處理器識別該第一時間窗的表示中的第一多個代理候選；(4)該至少一個信號處理器生成第二時間窗的表示；以及(5)該至少一個信號處理器將第一多個代理候選編碼為第二時間窗的表示中的第一多個代理。
在一個實施例中，該方法可以進一步包括該至少一個信號處理器生成第三時間窗的表示；該至少一個信號處理器識別第二時間窗的頻譜表示中的第二多個代理候選；以及該至少一個信號處理器將第一多個代理候選編碼為第三時間窗的表示中的第一多個代理，並將第二多個代理候選編碼為第三時間窗的表示中的第二多個代理。
在一個實施例中，第一時間窗的表示、第二時間窗的表示以及第三時間窗的表示可以是頻譜表示。
在一個實施例中，該方法可以進一步包括通過通信網絡傳輸第一時間窗、包含被編碼的第一多個代理的第二時間窗、以及包含被編碼的第一多個代理和被編碼的第二多個代理的第三時間窗。
在一個實施例中，用於處理通過通信網絡傳輸的信號的方法可以包括(1)至少一個信號處理器識別信號的分段i；(2)該至少一個信號處理器識別要被編碼為信號的分段i中的代理的分段i之後的N個分段中的多個代理候選；(3)該至少一個信號處理器生成信號的N個分段的表示；以及(4)該至少一個信號處理器將信號的N個分段的表示編碼為在信號的分段i的頻譜表示中被編碼的多個代理。
公開了用於處理通過通信網絡被接收的信號的方法，在一個實施例中，方法包括：(1)電子設備上的至少一個信號處理器接收包括多個分段的信號；(2)該至少一個信號處理器檢測第一分段中的信息損失；(3)該至少一個信號處理器檢索被嵌入在第二分段中的表示第一分段的第一多個代理；以及(4)該至少一個信號處理器從被檢索的第一多個代理中生成第一分段的估計。
在一個實施例中，第二分段可以在第一分段之前被接收。在另一個實施例中，第二分段可以在第一分段被接收之後被接收。
在一個實施例中，至少一個信號處理器檢索被嵌入在第二分段的頻譜表示中的表示第一分段的第一多個代理的步驟可以包括：該至少一個信號處理器生成第二分段的表示；以及該至少一個信號處理器識別第二分段的表示中的第一多個代理。
在一個實施例中，該方法可以進一步包括該至少一個信號處理器從第三分段中檢索表示第一分段的第二多個代理；並且該至少一個信號處理器從第一多個代理和第二多個代理中生成第一分段的估計。
在一個實施例中，該至少一個信號處理器從第三分段中檢索表示第一分段的第二多個代理的步驟包括該至少一個信號處理器生成第三分段的表示；以及該至少一個信號處理器識別第三分段的表示中的第二多個代理。第一時間窗的表示、第二時間窗的表示以及第三時間窗的表示可以是頻譜表示。
在一個實施例中，當第一分段丟失時，可以出現第一分段中的傳輸誤差。在另一個實施例中，當第一分段失真時，可以出現第一分段中的傳輸誤差。
在一個實施例中，在檢測、檢索以及生成步驟中的至少一個期間，至少一個分段的再現可以被延遲。
公開了用於在通信系統中傳輸信號的通信設備。在一個實施例中，通信設備可以包含：存儲器；以及至少一個信號處理器，其執行如下操作：接收信號；生成信號的第一分段的表示；識別第一分段的表示中的第一多個代理候選；生成第二分段的表示；以及將第一多個代理候選編碼為第二分段的表示中的第一多個代理。
在一個實施例中，信號可以從諸如揚聲器和攝影機的輸入設備接收。在另一個實施例中，信號可以從存儲器接收。在又一個實施例中，信號可以從通信網絡接收。
在一個實施例中，該至少一個信號處理器可以進一步執行如下操作：生成第三分段的表示；識別第二分段的表示中的第二多個代理候選；以及將第一多個代理候選編碼為第三分段的表示中的第一多個代理，並且將第二多個代理候選編碼為第三分段的表示中的第二多個代理。
在一個實施例中，該至少一個信號處理器可以使用多個濾波器來對信號的分段進行濾波以生成第一分段、第二分段和第三分段的表示，並可以衰減具有低於預定閾值的電平的多個濾波器的輸出。
在一個實施例中，第一分段的表示、第二分段和/或第三分段的表示可以被至少一個信號處理器使用時間頻率變換生成為頻譜表示。
公開了用於處理通信系統中的接收信號的通信設備。根據一個實施例，通信設備可以包含：存儲器；以及至少一個信號處理器，其執行如下操作：接收包含多個分段的信號；檢測第一分段的信號中的傳輸誤差；檢索被嵌入在第二分段中的表示第一分段的第一多個代理；以及從檢索的第一多個代理中生成第一分段的估計。
在一個實施例中，該至少一個信號處理器可以進一步執行如下操作：檢索被編碼在第三分段中的第一分段的第二多個代理；以及從第一多個代理和第二多個代理中生成第一分段的估計。
在一個實施例中，該通信設備可以進一步包含用於重現第一分段的估計的輸出。
在一個實施例中，設備可以將感觀信號(例如，音頻、視頻、觸感等)編碼到第二感官信號中使得第二感官信號被第一感官信號在感知上遮蔽，從而使得第二感官信號不可感知。
附圖說明
為了更完整的理解本發明及其目標和優勢，現在結合附圖參考下列描述，在附圖中：
圖1描繪根據一個實施例的用於具有減少的信息損失的電子通信的示例性系統；
圖2描繪根據一個實施例的用於使能傳輸和/或接收設備的框圖；
圖3描繪根據一個實施例的用於具有減少的信息損失的電子通信的方法；
圖4描繪根據一個實施例的用於具有減少的信息損失的電子通信的方法；
圖5是描繪根據一個實施例的在連續時間窗的序列內的內容和信號處理的表格；以及
圖6描繪根據一個實施例的用於具有減少的信息損失的電子通信的方法。
具體實施方式
本發明的若干實施例及其優勢可以通過參考圖1-圖6來理解，其中相同的參考數字指代相同的元件。
圖1描繪根據一個實施例的用於減少信息損失的系統。系統100可以包括，例如，發射設備110、通信網絡120以及接收設備130和140。
在一個實施例中，發射設備110和接收設備130/140可以是可以發射和/或接收信號(諸如音頻、視頻、文本、數據以及其他)(包括模擬信號和數位訊號)的任何合適的設備。示例包括行動電話/設備、固定電話、助聽器、個人放大設備、輔助聽力器、視頻和音頻會議系統、基於IP的語音設備、流廣播設備、雙向無線電設備、平板計算機、臺式計算機和筆記本計算機、工作站、電子閱讀設備等。為了本公開的目的，儘管發射設備110和接收設備130/140都可以發射和接收音頻或音頻/視頻信號，然而每一個將基於其在會話或傳輸的一部分中的作用而參考。
通信網絡120可以允許發射設備110和一個或多個接收設備130/140之間通信。示例包括普通老式電話系統(POTS)、蜂窩網絡、藍牙網絡及其任意組合。必要時和/或根據需要，可以使用任意合適的通信網絡。
在一個實施例中，發射設備110可以在將信號傳輸到一個或多個接收設備130/140之前被使能以執行信號處理。在另一個實施例中，處理可以發生在沿發送設備和接收設備之間的傳輸路徑上定位的設備/系統中，諸如蜂窩塔、網絡、中繼器等。該處理可以附加於或替換發生在發射設備110和/或接收設備130/140處的處理。
在一個實施例中，接收設備130可以被使能以處理/解碼接收信號，從而減少信息損失，而接收設備140可以不包括這種處理能力。
儘管處理在被公開中可以被描述為發生在發射和接收設備處，然而應當認識到，處理可以涉及可能與這些設備分離的附加或替換的硬體(未示出)。此外，必要時和/或根據需要，傳輸路徑中的附加的或替換的硬體(例如，中繼器、放大器、計算機伺服器、中央辦公系統、蜂窩塔、電話交換機等)可以進一步或替換性地處理通信信號。例如，中繼器可以處理進入的信號以減少信息損失。類似地，沿著傳輸路徑的發射器可以生成並發射例如信號的「稀疏頻譜表示」，並且可以將該稀疏頻譜表示傳達到隨後的接收器，該接收器可以執行相反的操作。
在一個實施例中，「稀疏頻譜表示」可以使用頻率元素的子集近似未處理信號的全部頻譜。如果在語音的稀疏頻譜表示中使用16個或更多個頻率元素，則產生的音頻信號可以與未處理的音頻信號在感知上不易區分。稀疏頻譜表示的重要性能是對於數字存儲、變換、處理和/或傳輸需要比信號的未處理的表示更少的比特。這在存儲先前發射信號的數據壓縮版本以及經由具有受限的信道容量(例如，低帶寬、受限的比特速率)的通信路徑的信號傳輸中是尤其有利的。在不損失信號可理解性或聲音質量的情況下傳輸較少的比特還可以提供與通信網絡的性能度量相關聯的附加改善。可以被實現的改善的性能的示例包括但不限於更好的網絡利用、增強的網絡吞吐量等。
圖2描繪用於使能的(enabled)發射和/或接收設備的框圖。根據一個實施例，發射和/或接收設備200可以以軟體、固件、硬體或其組合實施。在一個實施例中，系統的一部分可以在軟體中被實施為可執行程序，並且可以由專用或通用計算機(諸如個人計算機、微型計算機、數位訊號處理器、個人數據助理、智慧型電話、工作站、小型計算機或大型計算機)執行。例如，在一個實施例中，發射和/或接收設備200可以包括經由接口235通信地耦合的控制器205、存儲器210、接收器/發射器215、一個或多個輸入/輸出(I/O)設備230、信號分析組件225以及信號處理組件220。本地接口235可以是例如不局限於一個或多個總線，或在本領域中已知的其他有線或無線連接。
在一個實施例中，信號處理220和信號分析225可以由相同的模塊、硬體和/或軟體執行。在另一個實施例中，非使能設備可能不需要包括信號處理220和信號分析225中的一個或多個。
在一個實施例中，本文公開的「代理(surrogate)」可以被編碼使得不解碼或不能解碼處理信號中的代理的接收設備的用戶將不會察覺處理信號的聲音質量和/或可理解性的變化。如本文中使用的，「代理」指代一個或多個信號元素，諸如語音聲音元素、時間元素或頻率元素，其被編碼以提供冗餘，使得如果信號的分量例如由於失真、丟失等損失，則損失的分量的代理可以用於代替該信號以減輕或消除信息損失。有可能被損失或劣化的信號分量的代理可以被編碼到同一個信號或另一個信號的表示中(例如，以信號表示的頻率、時間或相位坐標(phase co-ordinate))。
參考圖3，提供用於根據一個實施例的減少信息損失的方法。在步驟305中，信號可以被接收。該信號可以是音頻信號、視頻信號、組合等。該信號可以被直接地(例如，由人說出)或間接地(通過揚聲器或通過有線或無線磁或電磁連結輸送)接收等。
在步驟310中，可以識別信號的第一分段或部分(例如，時間窗)。在一個實施例中，信號可以以預定的速率被採樣，可以被劃分為多個分段，可以連續被識別等。在另一個實施例中，信號的第一分段可以被動態的。如果必須和/或需要，則可以使用識別信號的第一分段的其他方式。
在步驟315中，可以生成第一分段中信號的表示。在一個實施例中，該表示可以是頻譜表示。如將在下文更加詳細討論的，該表示可以是頻譜表示。在一個實施例中，該頻譜表示可以通過將信號的該分段從時域變換到頻域來獲得。在另一個實施例中，可以使用一組窄帶濾波器，並且具有低輸出電平的窄帶濾波器的輸出可以被衰減或消除以使用時域處理產生音頻信號的稀疏頻譜表示。
在步驟320中，可以識別在信號的第一分段的表示中的至少一個代理候選(surrogate candidate)。如將在下文要更加詳細討論的，代理指代信號或信號元素(「代理候選」)的編碼版本，其可以被嵌入到信號的任何位置使得如果代理候選由於丟失或失真而劣化或損失，則其可以通過解碼代理來代替。
在步驟325中，可以生成第二分段中信號的表示。這可以以與上述方式相同的方式進行。
在步驟330中，第一分段中的(多個)代理候選可以被編碼並被嵌入作為第二分段信號中的代理。在另一個實施例中，代理候選可以被編碼並被嵌入到第二分段信號。
在步驟335中，可以發射信號的第一分段和第二分段信號。在一個實施例中，第二分段信號可以在傳輸之前與信號的第一分段組合。在另一個實施例中，第二分段信號可以代替信號的第一分段被發射。在又一個實施例中，第二分段信號可以與信號的第一分段並行發射。
在一個實施例中，包含第一分段的代理的第二分段可以在發射信號的第一分段之前被發射。因此如果信號的第一分段有信息損失，那麼第二分段中第一分段的代理可以用於重現第一分段。
在另一個實施例中，包含第一分段的代理的第二分段可以在第一分段之後發射，並且如果第一分段由信息損失，那麼第二分段中第一分段的代理可以用於重現第一分段。這可以包含延遲信號的重現。
圖4描繪根據一個實施例的用於減少信息損失的方法。為了方便，該方法使用包含信號的分段或部分的時間窗來描述；應該意識到該方法不局限於使用時間窗，而是其可以與信號分段、信號部分等一起使用。
在步驟405中，輸入信號fin(t)可以被輸送到發射設備。在一個實施例中，音頻信號可以被輸送到發射和/或接收設備，例如，行動電話/設備、固定電話、助聽器、個人放大設備、輔助聽力設備、視頻和音頻會議系統、基於IP的語音設備、流無線電設備、雙向無線電設備、平板計算機、臺式或筆記本型計算機電腦、工作站等。在一個實施例中，音頻信號可以被直接地(例如，由人說出)或間接地(通過揚聲器或通過有線或無線磁或電磁連結輸送)輸送等。
在一個實施例中，發射設備可以執行可選的信號預處理。例如，在信號預處理期間可以應用用於改善各種音頻信號性能特性(諸如信噪比、信號強度、聲音質量、可理解性等)的預處理技術。這可以包括信號預白化、信號增強、信號放大、頻率濾波、頻率變換、噪聲衰減等。必要時和/或根據需要，可以採用上述常規預處理技術或其他技術中的一種或任意組合。
在一個實施例中，信號可以作為在時域中表示的信號被輸送。例如，輸入時間函數fin(t)可以表示被輸送到發射設備的信號。
在步驟410中，輸入信號fin(t)可以被劃分為連續的時間窗的序列W1、W2、W3……Wi，其中時間窗Wi內的時間函數由fini(t)表示。時間窗可以包含信號的多個離散元素。例如，信號可以被劃分為時間窗的序列，每一個時間窗具有有限的持續時間，諸如20毫秒(ms)。每20ms的時間窗可以包含信號的200個數字樣本。這相當於每秒10,000個樣本的採樣率。根據奈奎斯特香農(Nyquist-Shannon)採樣定理，具有該採樣率的數字系統可以發射高達10,000/2Hz＝5kHz的頻率而不混疊。奈奎斯特香農採樣定理及其發展的描述被提供在H，Nyquist，「Certain Topics In Telegraph Transmission Theory」，Trans AIEE，vol.47，pp.617-44Apr.1928(再版為Proc.IEEE，Vol.90，No.2，Feb.2002中的經典論文)和C.E.Shannon，「Communication In The Presence Of Noise」，Proc.Institute of Radio Engineers，vol.37，no.1，pp.10-21，Jan.1949(再版為Proc.IEEE，Vol.86，No.2，(Feb 1998)中的經典論文)。這些文檔的每一個的公開通過引用被全文合併於此。
在一個實施例中，給定持續時間的信號可以使用包含在時間窗中的信號元素的精簡集合來近似地重建。給定持續時間的信號還可以使用包含在相鄰時間窗中的信號元素的精簡集合來近似地重建。序列中的時間窗可以在持續時間上相等，或者它們可以具有不同的持續時間。窗可以重疊或不重疊。
在一個實施例中，與時間信號相關聯的某些參數(諸如窗的數量、窗的持續時間、每個窗內的變量的參數等)可以被預先確定。例如，時間窗可以具有在接收信號之前被確定的參數，諸如序列中的16個窗每一個均具有20毫秒(ms)的長度。在另一個實施例中，時間窗參數可以被動態確定，諸如基於信號的採樣率確定(例如，信號變換為在時間周期內獲得的離散樣本的序列)。在另一個實施例中，時間窗參數可以基於識別的信號的時間長度來動態確定。在另一個實施例中，時間窗參數可以基於之前的、當前的和/或預計的發射信號的丟失頻率來動態確定。在另一個實施例中，時間窗參數可以基於設備限制(例如，發射/接收設備的處理能力或存儲器能力)或由傳輸信道的信息容量(例如帶寬約束、比特率等)來動態確定。必要時和/或根據需要，可以使用將信號劃分為時間窗的序列的其他方式。
必要時和/或根據需要，可以改變和選擇時間窗的持續時間和樣本的數量。
在步驟415中，可以對窗Wi中的輸入音頻信號fini(t)執行信號分析，以便將時間函數變換為可以在頻域中表徵的表示(諸如頻譜表示)。例如，可以通過獲得例如fini(t)的離散傅立葉變換來完成該變換，從而獲得該時間信號的對應的離散頻譜表示Fini(f)。
可以用於獲得頻譜表示的合適的變換可以包括，例如，連續傅立葉變換、離散傅立葉變換、快速傅立葉變換、連續小波變換、離散小波變換、快速小波變換以及相關變換的連續、離散、短期和快速版本，諸如Laplace、Stieltjes、Z變換、Hilbert、Gabor、Wigner、Mellin和Borel變換等。必要時和/或根據需要，可以使用任意其他合適的變換或數學運算。這些變換的短期版本適合於具有有限的持續時間(例如，20ms)的時間信號。
在一個實施例中，時間頻率變換還可以藉助時域內的濾波來實施。類似於離散傅立葉變換的一種此類變換使用一組連續窄帶頻率濾波器對時間信號進行過濾，該組連續窄帶頻率濾波器的中心頻率與離散傅立葉變換中的離散頻率相等。每個窄帶濾波器的脈衝響應等於用於倍增離散傅立葉變換中的時間信號的正交正弦信號的集合中對應的頻率元素的時間波形。然後，在與離散傅立葉變換中的時間窗的持續時間相等的時間間隔上對每個窄帶濾波器的輸出進行積分。
在一個實施例中，每個窄帶濾波器可以具有與聽覺的平均時間相等的平均時間。窄帶濾波器的帶寬可以以與聽力的臨界頻帶隨頻率增加相同的方式隨頻率增加。每個窄帶濾波器的平均時間可以以與聽覺的平均時間隨頻率變化相同的方式根據其中心頻率變化。每個窄帶濾波器的相移可以以與聽覺的相位特徵隨頻率變化相同的方式隨頻率變化。在該實施例中，由濾波器組提供的音頻信號的頻率表示近似於由人耳中的音頻信號的外圍濾波提供的音頻信號的頻率表示。
具有高輸出電平的窄帶濾波器將遮蔽具有低輸出電平的鄰近濾波器的輸出。在一個實施例中，具有被具有高輸出電平的濾波器遮蔽的低輸出電平的濾波器的輸出可以被衰減使得在濾波器組的輸出處的音頻信號的頻譜表示類似於使用離散傅立葉變換或其他時間頻率變換的音頻信號的頻域分析中的頻譜的稀疏頻譜表示。
在一個實施例中，具有被具有高輸出電平的濾波器遮蔽的低輸出電平的濾波器的輸出可以被衰減使得具有高電平輸出的濾波器的輸出的總和在感知上與未濾波信號不易區分，儘管濾波器組中僅有一小部分的窄帶濾波器可以是有效的。
在另一個實施例中，在上述實施例中為無效的窄帶濾波器可以由具有有限數量的有效濾波器的其他濾波器組的代理來替代。
在一個實施例中，具有高電平輸出的濾波器可以被衰減並且具有低電平輸出的濾波器可以被放大以恢復稀疏頻譜代理。
在一個實施例中，每個窄帶濾波器的輸出電平可以在時間上以定期間隔採樣，以確定音頻信號的頻率表示如何隨時間變化。
在一個實施例中，每個窄帶濾波器的輸出電平以與聽覺的平均時間相等的時間間隔採樣，以確定人耳可感知的音頻信號的頻譜表示中的時變變化。
在一個表示中，音頻信號可以被輸送到一個濾波器組i並且然後被延遲並被輸送到濾波器組i+1，並且然後被延遲並被輸送到濾波器i+2，以此類推直到濾波器組i+j。然後濾波器組i的輸出被延遲直到到達濾波器組i+j。在每個濾波器組的輸出處的稀疏頻譜表示被嵌入作為濾波器組i的輸出頻譜表示中的代理。然後濾波器組i中所有的濾波器的輸出被求和以生成包含濾波器組i+1到i+j的代理的時間信號，然後該時間信號被發射到接收設備。
該發射信號與未嵌入代理的濾波器組i的總和輸出將在感知上不易區分。
在一個實施例中，接收設備可以使用時間頻率變換(諸如離散傅立葉變換)或藉助使用一組窄帶濾波器的時域分析來解碼接收的時間信號，該組窄帶濾波器具有與用於生成發射信號的濾波器相同的濾波特性。
在另一個實施例中，離散傅立葉變換或相關變換可以與在處理的不同階段實施更有利的變換的時域變換模擬結合使用。
在一個實施例中，兩個過程可以並行進行。例如，在步驟415中生成的頻譜表示可以繼續步驟435和步驟440兩者。
在步驟420中，可以創建若干時間窗(Wi到Wi+j)中的信號的一個或多個「代理」。為了說明的目的，在大多數示例中使用j＝3。代理指代信號或信號元素(「代理候選」)的編碼版本，該代理可以被嵌入到信號中的其他位置，使得如果代理候選由於丟失或失真而劣化或損失，其可以通過解碼代理來替代。在信號的各種時間和/或頻率位置中編碼和嵌入代理提供冗餘，該冗餘可用於減少由於失真或丟失導致的信息損失。代理可以被編碼以便在相同的窗或在不同窗中的信號的表示內提供冗餘。代理可以是以頻率和/或時間表徵的變換。
在一個實施例中，稀疏頻譜表示用於從若干時間窗中重現信號。稀疏頻譜表示使用比全頻譜表示更少的頻譜元素。由於稀疏頻譜表示可能需要明顯較少的比特以便存儲，來自若干先前的時間窗的信號可以被編碼並存儲在當前的時間窗中而不超出窗的可用信息容量(例如，帶寬或比特數)。
代理可以被編碼以便被隱寫地嵌入到發射信號中。通過隱寫嵌入意味著接收設備的用戶不可感知的嵌入，其中該接收設備未被使能以解碼嵌入的代理。用於音頻信號的隱寫嵌入的一種形式是在被信號中的較強頻率元素(例如頻譜峰)遮蔽的並且人耳聽不到但是可以被電子設備檢測並解碼的頻率元素中編碼代理。用於音頻信號的隱寫嵌入的另一種形式是在被信號中的較強時間元素(例如，加壓的語音聲音)遮蔽並且人耳聽不到但是可以被電子設備檢測並解碼的時間元素中編碼代理。隱寫的第三種形式可以將代理嵌入到發射信號的頻譜的相位矢量中。因為耳朵對耳內相位差異不敏感，所以發射信號中嵌入代理不能被非使能接收器的用戶聽到。
在另一個實施例中，每一個代理可以在輸入音頻信號的強頻率元素的遮蔽擴展範圍內被編碼。例如，代理可以在輸入信號中的對應的強頻率元素的預定頻率範圍(例如，50Hz以上，百分之一以上等)內被嵌入以便遮蔽代理，使得其不能被人耳聽到但是可以被電子設備檢測並解碼。相對於對應的強頻率元素，代理可以處於預定的或動態確定的強度(例如，低50％的強度、低3dB的強度等)。在對應的強頻率元素的遮蔽範圍內優化或最大化代理的強度、能量和/或幅度可以改進在即使在發射信號中存在噪聲的情況下代理在接收後可電子檢測的可能性。
在另一個實施例中，可以通過將代理嵌入在強聲音的時間遮蔽擴展範圍內將(多個)代理編碼在時間函數內。代理還可以被嵌入到具有強頻譜和時間特徵的組合的聲音的時間和頻譜遮蔽擴展範圍兩者內。
在一個實施例中，(多個)代理可以被編碼在輸入信號的頻譜表示的相位矢量中。特別地，代理的每個分量的幅度和頻率可以被存儲為輸入信號的頻譜表示中的一個或多個頻譜分量的相位。由於人類聽覺系統對耳內相位差異不敏感，因此該實施例可以具有對接收的音頻信號的感知的最小影響。
在另一個實施例中，隱寫(steganography)可以用於編碼關於(多個)代理的數據(例如，原始頻率、幅度、強度、相位等)。這些數據可以用於在解碼期間重現或調整代理。
在又一個實施例中，可以使用到不可聽範圍(例如，+20kHz)的固定偏移。
可以使用上述技術中一個或多個的組合。此外，必要時和/或根據需要，可以使用編碼代理的任意其他合適的方法。
隱寫嵌入的類似形式可以與視頻信號一起使用，諸如在被視頻圖像中的更強的鄰近像素遮蔽的像素中嵌入視頻代理。在數位化信號(音頻或視頻)的情況下，代理可以被嵌入到數字音頻或視頻樣本的最低有效位中。必要時和/或者根據需要，可以採用隱寫嵌入的上述形式或其他隱寫技術中的一種或任意組合。
對於音頻信號，選擇用於代理編碼的信號元素(代理候選)可以基於頻率或時間變換的參數選擇。例如，稀疏頻譜代理可以包含基於強度選擇的頻率元素。可以使用用於確定(多個)代理的其它參數(諸如幅度、功率等)。
在一個實施例中，稀疏頻譜代理中的頻率元素的數量可以被預先確定(例如，對於語言信號16個頻譜分量)。對於音樂可以使用更多數量的頻譜分量。在另一個實施例中，元素的數量可以被動態確定並可以通過例如時間窗變化。
例如，窗Wi中的信號Fini(f)的窗Wi+1中的代理Fsi(t)可以包含16個或更多Fini(f)的最強頻譜分量，以便提供Fini(f)的近似表示，該近似表示可以與未處理信號在感知上不易區分並且當丟失或其他信息損失影響窗Wi時可以用於替代未處理信號。當前窗或當前窗之前的一個或多個窗中的信號的代理具有減少信息損失的值，因為這些代理可以替代當前窗之後的損失窗中的信號。
在步驟425中，(多個)代理Fsi(f)可以被存儲在存儲器中。在一個實施例中，(多個)代理可以被存儲在存儲設備中，例如，發射設備的存儲器。必要時和/或根據需要，可以使用任意合適的存儲器(例如，遠程的或本地的)。
在步驟430中，對應於當前窗之後的相鄰時間窗的(多個)代理可以從存儲器中檢索。為了完成該檢索，將發射信號延遲一個或多個窗，從而編碼來自當前窗之後的窗中的代理。
例如，相鄰時間窗可以看作序列中的連續時間窗或通過確定短時間範圍分開的時間窗。
在一個實施例中，(多個)代理可以從存儲設備中檢索，例如，發射設備的存儲器。例如，實施例可以檢索代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)，其對應於三個隨後的相鄰時間窗。必要時和/或根據需要，可以選擇可以被檢索的代理的數量。
在步驟435中，來自相鄰時間窗的信號的代理可以被嵌入到當前時間窗Wi中的輸入信號Fini(f)的頻譜表示內。窗Wi的傳輸可以被延遲直到窗Wi-1、Wi-2和Wi-3中的輸入信號Fini-1(f)、Fini-2(f)和Fini-3(f)的代理Fsi-1(f)、Fsi-2(f)和Fsi-3(f)分別被創建、編碼並嵌入在窗Wi的輸入信號Fini(f)中。作為結果，在傳輸之前，鄰近時間窗的信號元素可以被冗餘地生成並被嵌入到先前的時間窗中。類似地，表示當前時間窗Wi中的輸入信號Fini(f)的(多個)代理可以被嵌入到先前的時間窗中。例如，在一個實施例中，代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)可以被嵌入在時間窗Wi+4中的輸入信號的頻譜表示Fini+4(f)中。因此，產生的表示Fouti+4(f)可以包含被嵌入在Fini+4(f)中的若干時間窗中的信號的(多個)代理。Fouti+4(f)中的代理信息隨後可以在接收設備中被提取並解碼，從而補償信息損失，諸如窗Wi+1和/或窗Wi+2和/或窗Wi+3的丟失。
在一個實施例中，代理的編碼可以使得使用未被使能以解碼(多個)代理的設備的人員下將不會察覺信號的可理解性和/或聲音質量的變化。
包含在當前時間窗中的信號元素的傳輸可以被延遲以便完成與(多個)代理相關聯的創建、存儲以及檢索。如果已知丟失是不太可能的並且在丟失開始發生之前不需要代理的編碼，則延遲可以是可選的。
在步驟440中，被編碼的頻譜表示Fouti(f)可以被變換到時域。在一個實施例中，可以利用逆傅立葉變換進行變換。作為結果，編碼有嵌入的代理的頻譜表示由時間函數fouti(t)來表示。編碼信號fouti(t)可以與初始輸入信號fini(t)在感知上不易區分。
在一個實施例中，逆變換可以被應用以完成到時域的變換。逆變換的示例包括但不限於逆連續傅立葉變換、逆離散傅立葉變換、逆快速傅立葉變換、逆連續小波變換、逆離散小波變換、逆快速小波變換以及相關變換的連續、離散、短期、快速逆版本，諸如Laplace、Stieltjes、Z變換、Hilbert、Gabor、Wigner、Mellin和Borel變換等。可以進行可選檢查以確定接收設備是否有能力接收發射信號的頻譜表示或其他代碼而不是時域信號。這些變換的短期版本可以適用於具有有限的持續時間(例如，20ms的持續時間)的時間信號。
在離散傅立葉變換的時域模擬中，上述連續窄帶濾波器組的總和輸出提供模擬的頻率時間變換。
在一個實施例中，在應用逆頻率時間變換之前，還可以放大代理。這可以使發射設備能夠將其能夠傳輸的最好質量的信號發射到使能和/或非使能接收設備。
在步驟445中，連續時間窗fouti(t)、fouti+1(t)、fouti+2(t)和fouti+3(t)等中的時間信號可以被連接在一起以形成連續輸出時間函數fout(t)，該時間函數可以通過音頻信號傳輸的常規方法被發射到一個或多個接收設備。
在一個實施例中，fouti(t)、fouti+1(t)和fouti+2(t)可以在fouti+3(t)被處理前被存儲在存儲器中。如果預期失真或丟失涉及多達j個連續窗，那麼可以使用j個窗的延遲。設備的存儲器能力可以能夠存儲並處理多達j個窗。例如，j個窗的延遲之後，fouti(t)和fouti+1(t)可以被連接，fouti+1(t)和fouti+2(t)可以被連接，fouti+2(t)和fouti+3(t)可以被連接等，以形成隨後被發射的連續的時間函數fout(t)。
當fouti(t)、fouti+1(t)、fouti+2(t)和fouti+3(t)被連接在一起時，相鄰時間窗間之間的邊界處的不連續性可能造成可聽到的咔噠聲。被稱為重疊相加的平滑操作通常被用於信號處理中以消除相鄰時間窗之間的邊界處的不連續性。該方法需要在兩個平行的信道中分析信號，其中信道1中的窗的起始點出現在信道2中的並行窗的中間，使得窗重疊。在一個實施例中，例如，具有25％重疊的重疊相加程序可以用於信道1中的窗Wi+1的第一個四分之一與信道2中的窗Wi+2的最後一個四分之一重疊，並且信道2中的窗Wi+1的最後一個四分之一與信道1中的窗Wi的第一個四分之一重疊。兩個信道的輸出的加權總和提供從信道1中的窗Wi到信道2中的窗Wi+1的平滑過渡並提供從信道1中的窗Wi+1到信道2中的窗Wi+2的平滑過渡。儘管重疊相加程序可以減少或消除窗邊界處的可感知的不連續性，但是被嵌入到窗的重疊區域中的代理可能失真。25％的重疊的情況下，每個時間窗的一半不被重疊相加程序改變。
如果在重疊相加程序中使用小於25％的重疊，那麼每個時間窗的對應地更大的部分不被重疊相加程序改變，但是窗邊界處的不連續性可能是可感知的。重疊相加的常規方法使用每半個窗的50％的重疊。對於這種情況，所有被嵌入的代理可能失真。
在一個實施例中，可以使用常規離散傅立葉變換的修改以便從重疊相加程序後依然完整的半個窗中的時間信號中解碼代理。如果常規離散傅立葉變換被用於獲得該半個窗中的信號的頻譜，則推導出的離散頻率譜中的頻率元素之間的間隔可以是來自整個窗的時間信號的離散頻譜的兩倍。因此，當代理最初被嵌入到整個窗的離散頻率譜中時，具有頻率元素的更寬間隔的離散頻率譜中的包含代理的頻率元素還將包含遮蔽包含代理的弱頻率元素的鄰近強頻率元素中的部分信號。
在一個實施例中，來自完整的半個窗的時間信號的部分可以被重複以獲得持續時間與整個窗的持續時間相等的時間信號。該時間信號的頻譜將具有間隔與其中被嵌入代理的離散頻率譜的間隔相同的頻率元素。修改的離散傅立葉變換可以被用於推導該離散頻率譜以便提取完整的代理。離散傅立葉變換將時間信號乘以一組正交正弦函數，並且然後獲得每個頻率下乘積的總和。修改的離散傅立葉變換中的該組正交正弦函數具有與被分析的時間信號相同的結構，因為該組正弦函數組的第二半是第一半的重複。為了保持該組重複的正弦函數的正交性，對於該組的第二半，該組中是最低頻率的奇數倍的每個頻率元素的符號被反轉。該修改利用正弦函數的奇偶對稱性。
通過重複半個窗產生整個尺寸的窗，在重疊相加平滑操作之前包含在原始的整個窗中的一半信息可能損失。當通過使用修改的離散傅立葉變換推導來自完整的半個窗的重複時間信號的頻譜時，具有是最低頻率的奇數倍的頻率的那些離散頻率元素將統一為零。
在重疊相加程序中使用25％重疊以消除窗邊界處的可察覺的不連續性的實施例中，代理可以被編碼在是窗中的最低頻率的偶數倍的頻率元素中。
在一個實施例中，應用逆頻率時間變換之後，識別窗的起始的代理可以被插入到變換的時間信號中。例如，這可以使用遮蔽的時間擴展來完成。
在平滑化以消除窗邊界處的可感知的不連續性之後並且在發射fout(t)之前，識別在先前分析中使用的窗的起始樣本的代理可以被編碼在fout(t)中。代理以平均相當於窗的持續時間的間隔被編碼，其中具有一些餘地以允許代理以標稱編碼時間的一個窗持續時間內的fout(t)的最強時間代理被編碼。
必要時和/或根據需要，可以使用各種技術來提供各個組件(例如，處理器、存儲器等)之間的通信以及允許組件與任意其他組件通信(例如，使得組件可以獲得進一步的指令，可以訪問並使用遠程存儲器存儲等)。例如，用於提供這種通信的技術可以包括網絡、網際網路、內聯網、外聯網、區域網(LAN)、乙太網、經由蜂窩塔或衛星的無線通信、或提供通信的任意客戶端伺服器系統。例如，該通信技術可以使用任意合適的協議，諸如TCP/IP、UDP或OSI。因此，可以預期各種不同的配置。
在一個實施例中，關於接收和發射設備的信息可以在通信的任意部分被交換，包括，例如在初始設置期間、在周期性測試、反饋評估期間等。
圖5說明根據一個實施例的在連續時間窗的序列中的內容和信號處理，其中四個連續時間窗中的信號的代理被嵌入到待傳輸的信號中。儘管該示例說明用於三個分段或三個時間窗的三個代理的使用，然而應該認識到在必要時和/或根據需要，可以選擇分段/時間窗和/或所使用的代理的數量。此外，在一個實施例中，在必要時和/或根據需要，還可以使用不連續的時間窗/分段、其他信號中的時間窗/分段等。
在第一行515中，識別五個連續的時間窗Wi、Wi+1、Wi+2、Wi+3和Wi+4。Wi+1是緊接在當前時間窗Wi之後的時間窗。時間窗Wi+2在時間窗Wi+1之後，時間窗Wi+3在時間窗Wi+2之後，並且時間窗Wi+4在時間窗Wi+3之後。
在第二行520中，每個輸入音頻信號被輸送到信號處理器(例如，發射器)，在每個對應的時間窗中，可以分別識別fini(t)、fini+1(t)、fini+2(t)、fini+3(t)和fini+4(t)。
在第三行525中，可以分別識別輸入時間函數的頻譜表示Fini(f)到Fini+4(f)。
在第四行530中，可以識別緊接在時間窗之前的信號的代理。例如，窗Wi+1可以包含在之前的窗中的信號Fini(f)的代理Fsi(f)；窗Wi+2可以包含在之前的窗中的信號Fini+1(f)的代理Fsi+1(f)；窗Wi+3可以包含在之前的窗中的信號Fini+2(f)的代理Fsi+2(f)；以及窗Wi+4可以包含在之前的窗中的信號Fini+3(f)的代理Fsi+3(f)。由於大部分信號處理在頻域中，因此信號及其代理可以在其頻率表示方面來列舉。因為若干代理需要被嵌入到每個窗中的待發射信號中，所以對於代理使用稀疏頻譜表示。對於稀疏頻譜表示可以需要明顯更少的比特，由此允許若干代理被有效地嵌入到發射信號中。
在第五行535中，可以識別在感興趣的時間窗之後的後續2個時間窗的時間窗中的信號的代理。例如，窗Wi+1可以包含信號Fini-1(f)的代理Fsi-1(f)，其是Wi+1之後的2個窗。窗Wi+2可以包含信號Fini(f)的代理Fsi(f)，其是Wi+2之後的2個窗。窗Wi+3可以包含信號Fini+1(f)的代理Fsi+1(f)，其是Wi+3之後的2個窗。窗Wi+4可以包含信號Fini+2(f)的代理Fsi+2(f)，其是Wi+4之後的2個窗。
在第六行540中，可以識別感興趣的時間窗之後的後續3個時間窗的時間窗中的信號的代理。例如，窗Wi+1可以包含信號Fini-2(f)的代理Fsi-2(f)，其是Wi+1之後的3個窗。窗Wi+2可以包含信號Fini-1(f)的代理Fsi-1(f)，其是Wi+2之後的3個窗。窗Wi+3可以包含信號Fini(f)的代理Fsi(f)，其是Wi+3之後的3個窗。窗Wi+4可以包含信號Fini+1(f)的代理Fsi+1(f)，其分別是Wi+4之後的3個窗。
在第七行550中，可以分別識別545的輸出信號的頻譜Fouti+1(f)到Fouti+4(f)。例如，Fouti+4(f)可以包括輸入信號Fini+4(f)的頻譜，在窗Wi+4中隱寫地嵌入有三個代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)。
在第八行550中，可以分別識別列舉為時間的函數的輸出信號fouti+1(t)到fouti+4(t)。然後這些信號可以被發射。
在此說明性實施例中，時間窗Wi+4中的發射輸出信號fouti+4(t)包含分別在時間窗Wi+1、Wi+2和Wi+3中的輸入信號Fini+1(f)、Fini+2(f)和Fini+3(f)的代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)。如果這些時間窗中的任意時間窗中的信息損失(例如，由於通信丟失、若干信號失真、或任意其他形式的信息損失)，對應於損失窗的代理可以被用於替代損失的信息。
由於例如多個通信丟失造成的較長周期的信息損失可以潛在地影響傳輸路徑中多於一個的時間窗。然而，在一個實施例中，編碼多個相鄰時間窗的多個代理可以減少長周期的信息損失的信息損失。
在第八行550中，識別表徵音頻信號的信號表示的傳輸。根據一個實施例，待發射的音頻信號可以包含一個或多個代理，該一個或多個代理可以近似多個相鄰時間窗中的輸入信號。每個時間窗可以包括表徵在時間窗中識別的信號元素的離散信號元素。特別地，例如，多個信號表示可以在某一持續時間內被發射，其可以包括序列中的連續時間窗Wi+1、Wi+2、Wi+3和Wi+4中每一個的信息。在一個實施例中，窗Wi+4中的信號表示fouti+4(t)在時域中包括信號元素，該信號元素包含在時間窗Wi+1、Wi+2和Wi+3中，例如，被嵌入的代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)被編碼在fini+4(t)的頻譜表示中。
例如，編碼函數C[Fini(f)]可以將(多個)代理編碼到Fini(f)的相位矢量中以便創建Fouti(f)。這可以通過將每個對應的代理(頻率和幅度)的坐標編碼到Fini(f)的相位矢量中來完成。因此，可以創建被編碼的合成頻譜表示Fouti(f)。在該示例中，由於耳朵對耳內相位差異不敏感，因此操縱相位矢量對Fouti(f)的感知可以具有很小的影響或沒有影響。
在發射設備處，或在傳輸之前，串聯的時間窗W1、W2……Wi中的時間信號可以被接合在一起以形成用於向另一個設備傳輸的連續時間信號fout(t)。合成的編碼信號的時間表示fout(t)(包括編碼在fout(t)的頻譜中的多個代理)可以稍後被發射到接收設備或其他信號處理器。因此，接收設備/信號處理器可以接收frcvd(t)，其中frcvd(t)＝fout(t)加fN(t)，其中frcvd(t)由接收器接收的信號；fout(t)是由發射器發送的信號，並且fN(t)是在傳輸路徑中獲得的噪聲。同樣，因為frcvd(t)包含fout(t)加一些噪聲fN(t)；並且fout(t)包含具有編碼在fin(t)的頻譜表示中的代理的fin(t)，或一些編碼代理的其他隱寫方法，因此被編碼的代理可能也具有一些噪聲。這些代理包含冗餘信號信息，該冗餘信號信息在之前的時間窗中的任意或全部時間窗經歷信息損失(諸如通信丟失)時可以被用於從接收的時間窗Wi-1、Wi-2……Wi-j中近似重建信號元素。
在另一個實施例中，代理可以以時間窗Wi+1、Wi+2……Wi+j的相反序列被接收。
在一個實施例中，發射傳輸冗餘可以通過發射跨多個時間窗的代理的多個實例來完成。發射信號的多個代理中實現的冗餘可以進一步補償信息損失。增加時間窗的數量可能以附加代理的形式需要附加的冗餘，該附加代理可能需要附加的存儲器並且可能在提取和解碼代理時需要的更長時間的延遲。例如，可能經歷通信丟失達跨越J個時間窗的持續時間。為了補償涉及J個窗的任意組合的通信丟失(包括所有J個窗的通信丟失)，可能需要J個代理的存儲和編碼，以及可能等於J個窗的持續時間的延遲。在另一個實施例中，該延遲可以比J個窗更短或更長。
使用較少的比特來編碼每個代理，大量的代理可以被嵌入到發射信號中。減少用於編碼代理的比特的數量允許較長的持續時間的丟失被覆蓋，但代價是降低恢復信號的質量。在一個實施例中，代理可以使用自適應策略來編碼，藉此對於短持續時間的丟失，被恢復信號的質量與無失真的不間斷髮射信號在感知上不易區分。對於長持續時間的丟失，代理的自適應編碼可以被實施使得被恢復信號可識別而沒有中斷，但是具有降低的信號質量。
在一個實施例中，必要時和/或根據需要，可以提供可能以其他方式受到傳輸路徑中的信息損失影響的信號的附加編碼。
在一個實施例中，如果由接收設備接收的至少一個窗包含(多個)丟下的時間窗的(多個)代理，則可以提供對可能在跨越多個連續時間窗的丟失期間損失的信號信息的補償。在一個實施例中，在多個代理被接收時，接收設備可以將其組合以提供損失信號信息的更好的近似。
代理Fsi+1(f)的三個獨立版本可在三個連續窗Wi+2、Wi+3和Wi+4的群組中得到。當處理窗Wi+4時，可以解決來自窗Wi+1的通信丟失的信息損失。當處理窗Wi+4時補償窗Wi+1的丟失可以引入與三個時間窗的持續時間相等的時間延遲。
在較少窗中採用信號的代理的實施例可以降低補償信息損失的時間延遲，但在降低可能的丟失和其他形式的信息損失中具有降低的效果，尤其是在多於一個的相鄰時間窗遭受丟失或信息損失的情況下。
使用來自更大數量的時間窗的代理不僅改善減少涉及多於一個的相鄰時間窗的信息損失中的效果，並且其還可以改善接收信號的信噪比，因為在傳輸路徑中獲得的噪聲降低接收信號中的信噪比，並且伴隨著降低對應的代理中的信噪比。平均化來自不同時間窗中的共同的代理是改善信噪比的有效方式，必要時和/或根據需要，可以使用組合共同的代理的附加方法。
圖6描繪根據一個實施例的用於在接收設備處減少信息損失的方法。如圖4中，並且為了方便，該方法使用信號時間窗描述；應該認識到該方法不限於使用時間窗，並且其可以與信號分段、信號部分等一起使用。
如上所述，到該接收設備的輸入可以是被編碼和被發射的信號。為了說明的目的，該信號包括用於三個相鄰窗的編碼代理。圖6中描繪的接收設備接收並解碼嵌入有編碼在信號的其他部分中的信號分段的代理的信號。
在步驟605中，信號可以被接收設備接收並檢測。在一個實施例中，接收的音頻信號作為時間函數frcvd(t)被接收，其中frcvd(t)等於發射信號fout(t)加噪聲fN(t)，該噪聲fN(t)可以在傳輸路徑中獲得。在另一個實施例中，信號可以作為再生信號、稀疏頻譜表示、或適合接收設備的能力的其他編碼被接收。
在步驟610中，可以進行確定以確定接收設備是否被使能或以其他方式能夠解碼編碼代理。
在一個實施例中，如果接收設備被確定為是非使能的，則在步驟660中信號在不處理或解碼代理的情況下輸出。
在另一個實施例中，可以假設該設備是使能設備或非使能設備。這可以基於例如通信網絡、設備類型等。在另一個實施例中，可以使用接收設備的默認類型。
在一個實施例中，如果接收設備被確定為是使能接收設備，則在步驟615中，接收設備確定在一個或多個時間窗期間是否檢測到信息損失。例如，經歷信息損失的連續時間窗的數量，或基於先前的傳輸可能經歷信息損失的連續時間窗的預期數量可以用於確定多少個隨後的時間窗需要代理以最小化信息損失。該確定可以動態完成以減少編碼和發射代理中的時間延遲。必要時和/或根據需要可以使用用於確定時間窗的數量的其他方法和技術。
在一個實施例中，信息損失可以基於感測的通信中斷、信息的部分損失、在特定時間周期期間無信息被接收、從發射器中接收的指示等來確定。必要時和/或根據需要，可以採用上述常規信息損失檢測技術或其他技術中的一個或任意組合。
在一個實施例中，如果信息損失(例如，通信丟失)沒有被接收設備感測到(例如，沒有信息丟失的指示)，則然後在步驟660中，接收設備可以在不處理以解碼代理的情況下向傾聽者輸出信號。必要時和/或根據需要，可以應用任意其他信號處理以改善信號質量。
在一個實施例中，如果信號作為頻譜表示被接收，則然後在步驟660中向用戶輸出時域信號之前，逆變換可以與在必要和/或根據需要用來改善信號質量的任意其他信號處理一起被應用。
在步驟620中，接收信號frcvd(t)可以被劃分為連續時間窗的序列。輸入信號frcvd(t)可以被劃分為連續時間窗W1、W2、W3……Wi的序列，其中時間窗Wi內的時間函數由frcvd(t)表示。因此，被識別的窗與發射設備中的時間窗同步。窗Wi+4中的時間信號frcvdi+4(t)包含fouti+4(t)加一些噪聲fNi+4(t)，並且fouti+4(t)包含fini+4(t)與具有被編碼在fini+4(t)的頻譜表示中的代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)，或編碼代理的一些其他隱寫方法。代理包含冗餘信號信息，至少在經歷信息損失(諸如通信丟失、失真等)的情況下，該冗餘信號信息可以潛在地用於從接收的時間窗Wi+1、Wi+2和Wi+3中近似重建在任意或全部之前的時間窗中的信號元素。
在一個實施例中，以frcvd(t)的強時間分段被編碼的至少一個代理可以被識別並被解碼以識別由發射設備使用的時間窗的初始樣本。該信息可以用於將frcvd(t)劃分為連續時間窗的序列W1、W2、W3……Wi，這些時間窗與發射設備使用的對應的時間窗同步，並且其中Wi中的時間信號由frcvdi(t)表示。由於每個時間窗中的樣本的數量是已知的，因此在解碼窗的起始樣本中的誤差可以根據相鄰窗的初始樣本上的數據修正。
在步驟625中，可以對接收信號frcvdi(t)執行信號分析以便將時間函數變換為可以在頻域中表徵的頻譜表示。變換可以利用frcvdi(t)的時間頻率變換來完成。如上所述，在編碼代理中使用的相同變換可以被使用以便生成信號的頻譜表示Frcvdi(f)。隨後，Frcvdi(f)可以被用於採用為了信號和相關聯的(多個)代理的進一步分析。
在步驟630中，識別起始樣本的時間函數中的至少一個代理也可以識別包含代理的頻率元素，該代理進而包含何處去尋找被嵌入在頻率元素中的其他代理的信息。
在步驟635中，一個或多個代理可以從頻譜表示Frcvdi(f)中提取。提取並解碼代理可以通過識別強頻率元素的遮蔽範圍或相位矢量中的任一者中或者頻帶偏移等中的(多個)代理來完成。
在一個實施例中，來自多個相鄰時間窗的代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)的代理可以從表示Frcvdi+4(f)中提取。在提取之後剩餘的頻譜分量(即，沒有代理的信號)可以包含頻譜Ftempi+4(f)，其中Ftempi+4(f)等於Fini+4(f)加上傳輸路徑中獲得的噪聲FNi+4(f)。
在一個實施例中，可以採用存儲器以存儲與多個相鄰時間窗相關聯的臨時頻譜。例如，臨時頻譜Ftempi+1(f)、Ftempi+2(f)和Ftempi+3(f)可以被存儲在接收設備的存儲器中。必要時和/或根據需要，可以使用任意合適的存儲器(即，遠程的或本地的)。在一個實施例中，可以使用堆棧式存儲器(例如，先進先出)以便當保存新的臨時頻譜時，可以丟棄較舊的臨時頻譜。
在步驟640中，被提取或解碼的代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)可以被存儲在存儲器中。在一個實施例中，(多個)代理可以被存儲在存儲設備中，諸如發射設備的存儲器。必要時和/或根據需要，可以使用任意合適的存儲器(即，遠程的或本地的)。在一個實施例中，可以使用堆棧式存儲器(例如，先進先出)以便當保存新的代理時，可以丟棄較舊的代理。
在一個實施例中，可以採用存儲器來存儲從多個相鄰時間窗中提取的代理。例如，代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)可以如圖5中所示地分別從窗Wi+2、Wi+3和Wi+4中提取，並被存儲在存儲器640中。
在存儲器中，代理Fsi-1(f)、Fsi(f)和Fsi+1(f)也可以被存儲。例如，如圖5所示，這些代理與窗Wi+2相關聯。與窗Wi+3相關聯的代理Fsi(f)、Fsi+1(f)和Fsi+2(f)可以被存儲，並且通過圖5中的窗Wi+4識別的代理Fsi+1(f)、Fsi+2(f)和Fsi+3(f)可以被存儲。因此，可以在單獨的窗中被接收的代理Fsi+1(f)的多個版本(即，時間窗Wi+2、Wi+3和Wi+4中的信號的代理)可以被解碼，並且隨後信號元素信息被組合，由此在必要時補償窗Wi+1中的信息的損失。來自單獨的時間窗中的代理Fsi+1(f)的版本將由於在傳輸路徑中獲得噪聲而略有不同。可以組合Fsi+1(f)的單獨的版本以降低傳輸過程中獲得的噪聲。
在步驟645中，臨時頻譜Ftempi+1(f)從存儲器650中檢索，並且代理Fsi+1(f)的對應的可用版本從存儲器中檢索(即，Fsi+1(f)的單獨版本從窗Wi+2、Wi+3和Wi+4中獲得並存儲在存儲器中)。
在步驟655中，如果窗Wi+1遭受通信丟失或其他形式的信息損失，則多個代理可以被用於替代任意損失的信息。即使在若干相鄰窗遭受通信丟失時三個Fsi+1(f)代理中的兩個也丟失的情況下，損失的信息也能夠被檢索。在另一個實施例中，如果Fsi+1(f)的多於一個的版本可用，則可以組合Fsi+1(f)的單獨的版本以降低在傳輸過程中獲得的噪聲。如上所述，代理也可以具有在傳輸過程中獲得的一些噪聲。可以採用組合的(多個)Fsi+1(f)代理以再生更精確的近似來替代由於信息損失而遺漏的輸入信號(例如，語音)的信號元素。
在一個實施例中，如果沒有信息損失，但是接收信號在傳輸過程中獲得一些噪聲，則估計的信號Fini+1(f)及其代理Fsi+1(f)的三個版本(其也是Fini+1(f)的估計)可以被平均化以獲得具有改善的信噪比的Fini+1(f)。
接收信號frcvd(t)包含與發射的時間窗同步的一系列時間窗。如果沒有信息損失，諸如丟失，則窗Wi中的接收信號frcvdi(t)包含發射信號fouti(t)和在傳輸過程期間獲得的噪聲fNi(t)。在當前示例中，採用三個代理的組以提供對丟失和其他形式的信息損失的抗擾性。
接收信號可以包括一系列時間窗，並且每個時間窗可以包含編碼的(多個)代理。對於本示例中考慮到具體案例，如果代理Fsi+1(f)是感興趣的，那麼該代理可以被編碼在窗Wi+2、Wi+3和Wi+4中接收的信號表示中。對上述窗採用的編碼函數可以生成接收信號。
代理可以從接收信號中提取並被恢復為其原始形式。然而，在傳輸路徑中獲得的噪聲將導致具有一些背景噪聲的恢復信號。如果窗Wi+1由於丟失被損失，那麼窗Wi+1中的信號Fini+1(f)可以被其代理Fsi+1-(f)替代。在存儲器中有Fsi+1(f)的3個單獨的版本，每個具有在傳輸中獲得的一些噪聲。Fsi+1(f)的三個版本的平均將是Fini+1(f)的具有較高信噪比的改善的估計。如果窗Wi+1和Wi+2由於丟失而損失，則存在Fsi+1(f)的兩個剩餘版本允許具有較低信噪比的信號Fini+1(f)的恢復。如果窗Wi+1、Wi+2和Wi+3由於丟失而損失，則僅有Fsi+1(f)的一個版本剩餘允許具有更差的信噪比的信號Fini+1(f)的恢復。因此，在丟失的持續時間和用於在具有丟失的噪聲信道中傳輸的恢復信號的信噪比之間具有可預測的權衡。
在一個實施例中，通過來自相鄰時間窗的輸入信號的代理平均化從接收信號中提取的輸入信號可以在噪聲傳輸路徑中傳輸之後改善信噪比。如果時間窗中的信息由於丟失或其他形式的信息損失而損失，相鄰時間窗中的損失信號的一個或多個代理可以用於減少信息損失。
如果傳輸路徑有噪聲，則遺失信息的替換也將受噪聲影響。如果多於一個的代理可用，則通過平均化來自單獨的時間窗中的代理有可能改善遺失的信息的估計。如果不存在由於丟失或其他形式的信息損失而導致的損失信號，則該技術也可以用於改善通過有噪聲的傳輸路徑傳輸的信號的信噪比。在該實施方式中，從接收信號frcvdi(t)中提取的噪聲輸入信號fini(t)+fNi(t)通過來自相鄰的窗中的fini(t)的代理被平均化以改善信噪比。
在一個實施例中，對信號的近似進行再生可以通過將代理變換回到其頻率和時間中的原始值來完成。例如，頻率時間變換(諸如逆傅立葉變換)可以應用於代理，從而將信號恢復到時域。必要時和/或根據需要可以使用上述其他逆操作。可以進一步採用再生的近似來替代由於信息損失而導致的輸入信號(例如，語音)的遺漏的信號元素，或替代遭受嚴重失真的信號。
可選地，信號在完成處理以便減少信息損失之後可以向人員輸出。
在下文中，將描述本發明的系統、設備和方法的實施例的一般方面。
例如，本發明的系統或本發明的系統的部分可以是「處理組件」的形式，諸如通用計算機。如在此使用的，術語「處理組件」將被理解為包括使用至少一個存儲器的至少一個處理器。該至少一個存儲器存儲一組指令。指令可以永久性地或臨時地存儲在處理機器的存儲器或多個存儲器中。處理器執行存儲在存儲器或多個存儲器中的指令以處理數據。該組指令可以包括執行特定任務或多個任務(諸如上述那些任務)的各種指令。用於執行特定任務的該組指令可以被表徵為程序、軟體程序或簡單軟體。
如上所述，處理機器執行存儲在存儲器或多個存儲器中的指令以處理數據。例如，數據的處理可以響應於處理機器的用戶或多個用戶的命令、響應於先前處理、響應於另一個處理機器和/或任意其他輸入的請求。
如上所述，用於實施本發明的處理機器可以是通用計算機。然而，上文所描述的處理機器還可以使用任意廣泛的各種其他技術，包括專用計算機、包括例如微型計算機、迷你計算機或大型機的計算機系統、程序化微處理器、微控制器、外部集成電路元件、CSIC(客戶專用集成電路)或ASIC(專用集成電路)、精簡指令集計算機(RISC)或其他集成電路、邏輯電路、數位訊號處理器、可編程邏輯器件(諸如FPGA、PLD、PLA或PAL)、或能夠實施本發明的過程的步驟的任意其他設備或設備的布置。這些處理機器中任意或全部可以在各種設備(諸如，行動電話/設備、固定電話、助聽器、個人放大設備、輔助聽力設備、視頻和音頻會議系統、基於IP的語音設備、流廣播設備、雙向無線電設備、平板計算機、臺式計算機和筆記本計算機、工作站、電子閱讀設備等)中實施。
被用來實施本發明的處理機器可以使用合適的作業系統。因此，本發明的實施例可以包括運行在下列系統中的處理機器：iOS作業系統、OSX作業系統、安卓作業系統、Microsoft WindowsTM 8作業系統、Microsoft WindowsTM 7作業系統、Microsoft WindowsTMVistaTM作業系統、Microsoft WindowsTM XpTM作業系統、Microsoft WindowsTM NTTM作業系統、WindowsTM 2000作業系統、Unix作業系統、Linux作業系統、Xenix作業系統、IBM AIXTM作業系統、Hewlett-Packard UXTM作業系統、Novell NetwareTM作業系統、Sun Microsystems SolarisTM作業系統、OS/2TM作業系統、BeOSTM作業系統、Macintosh作業系統、Apache作業系統、OpenStepTM作業系統或另一作業系統或平臺。
應認識到，為了實施如上所述的本發明的方法，處理器和/或處理機器的存儲器不一定物理地位於相同的物理或地理位置。即，處理器和由處理機器使用的存儲器中的每一個可以在地理上位於不同位置並被連接以按照任意合適的方式通信。此外，應認識到，處理器和/或存儲器中的每一個可以包含不同的物理設備件。因此，處理器不一定是在一個位置中的單個設備件並且存儲器是在另一個位置中的另一個單個設備件。即，預期處理器可以是在兩個不同物理位置中的兩個設備件。設備的兩個不同件可以以任何合適的方式連接。此外，存儲器可以包括在兩個或更多物理位置中的存儲器的兩個或更多部分。
為了進一步說明，如上所述的處理通過各種組件和各種存儲器執行。然而，應認識到，根據本發明進一步的實施例，由如上所述的兩個不同組件執行的處理可以由單個組件執行。進一步，由一個如上所述的不同組件執行的處理可以由兩個不同組件執行。以類似的方式，根據本發明的進一步實施例，由兩個如上所述的不同存儲器部分執行的存儲器存儲可以由單個存儲器部分執行。進一步，由一個如上所述的不同存儲器執行的存儲器存儲可以由兩個存儲器部分執行。
進一步，各種技術可以用於提供各種處理器和/或存儲器之間的通信，並允許本發明的處理器和/或存儲器與任意其他實體通信，即，例如以便獲得進一步指令或接入並使用遠程存儲器存儲。例如，用於提供該通信的該技術可以包括網絡、網際網路、內聯網、外聯網、區域網、乙太網、經由蜂窩塔或衛星的無線通信、或提供通信的任意客戶端服務系統。例如，該通信技術可以使用任意合適的協議，諸如TCP/IP、UDP或OSI。
如上所述，一組指令可用於本發明的處理。該組指令可以是程序或軟體的形式。例如，軟體可以是系統軟體或應用軟體的形式。例如，軟體還可以是單獨程序的集合、大型程序中的程序模塊或程序模塊中的一部分。使用的軟體還可以包括面向對象程序設計形式的模塊程序。軟體通知處理機器通過被處理的數據做什麼。
進一步，應認識到，用在本發明的實施方式或操作中的指令或一組指令可以是使得處理機器可以讀取指令的合適的形式。例如，形成程序的指令可以是合適的程式語言的形式，該程式語言可以轉換為機器語言或目標代碼以允許處理器或多個處理器讀取指令。即，在特定的程式語言中，編程代碼或原始碼的寫入線使用編輯器、彙編器或解釋器轉換為機器語言。例如，機器語言是針對特定類型的處理機器(即，針對特定類型的計算機)的二進位編碼機器指令。計算機理解機器語言。
根據本發明的各種實施例，可以使用合適的程式語言。說明性地，例如，使用的程式語言可以包括彙編語言、Ada、APL、Basic、C、C++、COBOL、dBase、Forth、Fortran、Java、Modula-2、Pascal、Prolog、REXX、Visual Basic、和/或JavaScript。進一步，單個類型的指令或單種程式語言不一定與本發明的系統和方法的操作結合使用。當然，必要時和/或根據需要，可以使用任意數量的不同程式語言。
並且，如果需要，用於本發明的實施中的指令和/或數據可以使用任意壓縮或加密技術或算法。加密模塊可以用於加密數據。進一步，例如文件或其他數據可以使用合適的解密模塊來解密。
如上所述，本發明可以說明性地以處理機器的形式來體現，包括例如包括至少一個存儲器的計算機或計算機系統。應認識到，根據需要，能夠使計算機作業系統執行如上所述的操作的一組指令(即，例如軟體)可以包含在任意廣泛的各種介質或多種介質上。進一步，由該組指令處理的數據也可以包含在任意廣泛的各種介質或多種介質上。也就是說，例如用於保持該組列指令和/或用於本發明的數據的特定介質(即，處理機器中的存儲器)可以採用任意各種形式的物理形式或傳輸。說明性地，介質可以是紙、透明紙、磁碟、DVD、集成電路、硬碟、軟盤、光碟、磁帶、RAM、ROM、PROM、EPROM、電線、電纜、光纖、通信信道、衛星傳輸、存儲卡、SIM卡、或其他遠程傳輸，以及任意其他可由本發明的處理器讀取的介質或數據源。
進一步，如果需要，用於實施本發明的處理機器的存儲器或多個存儲器可以是允許存儲器保持指令、數據或其他信息的任意各種形式。因此，存儲器可能是保持數據的資料庫的形式。例如，資料庫可以使用文件的任意需要的布置，諸如平面文件布置或相關的資料庫布置。
在本發明的系統或方法中，可以使用各種「用戶接口」以允許用戶與處理機或用於實施本發明的機器或多個機器接合。如本文所使用的，用戶接口包括處理機器所使用的允許用戶與處理機器接合任意硬體、軟體或硬體和軟體的組合。例如，用戶接口可以是對話屏的形式。如果用戶接口處理一組指令和/或為處理機提供指令，用戶接口還可以包括任意滑鼠、觸控螢幕、鍵盤、按鍵、聲音朗讀器、聲音識別器、對話屏、菜單框、列表、複選框、扳鈕開關、按鈕或允許用戶接收關於處理機器的操作的信息的任意其他設備。因此，用戶接口是提供用戶和處理機器之間通信的任意設備。例如，由用戶通過用戶接口向處理機提供的信息可以是命令、數據選擇或一些其他輸入的形式。
如上所述，用戶接口利用執行一組指令的處理機器使得處理機器為用戶處理數據。用戶接口通常由處理機器用於與用戶相互作用以傳達信息或接收來自用戶的信息。然而，應認識到，根據本發明的系統和方法的一些實施例，人類用戶不一定實際與本發明的處理機器所使用的用戶接口交互。當然，還可以預期本發明的用戶接口可以與另一個處理機器(即傳達或接收)而不是人類用戶交互。因此，另一個處理機器可以表徵為用戶。進一步，可以預期用於本發明的系統和方法中的用戶接口可以與另一個處理機器或其他處理機器部分交互，同時還可以與人類用戶部分交互。
本領域技術人員將容易理解本發明易受廣泛的實用性或應用影響。本文描述的那些實施例之外的本發明的許多實施例和改編以及許多變化、修改和等同布置將根據本發明及其之前的描述變得明顯，或根據本發明及其之前的描述的合理建議將變得明顯，但不脫離本發明的實質或範圍。
因此，儘管本發明在此關於其實施例詳細描述，但應當理解該發明僅僅是本發明的說明和示例並且進行該描述以提供本發明的有效發明。因此前述發明不旨在詮釋或限制本發明或以其他方式排除任意其他此類實施例、改編、變化、修改或等同布置。