Détermination d'identificateur de signal

La présente invention est relative au domaine du traitement du signal applique a l'identification d'un signal .

Plus particulièrement, elle a trait à la détermination d'un identificateur d'un signal correspondant à un document audio afin d'indexer et de reconnaître le document audio.

Les vitesses de téléchargement et le nombre grandissant de fichiers disponibles a l'échange, particulièrement les documents audio, sur les réseaux poste-à-poste ("peer-to-peer" en anglais) ont contribué à la diffusion rapide et à grande échelle de copies illicites de documents sans tenir compte des droits d'auteur appliqués à ces documents. Des techniques de protection des droits d'auteur, telles que la gestion des droits numériques DRM ("Digital Right Management" en anglais) , sont mises en œuvre pour contrer les copies illicites de document multimédia. Cependant, les documents déjà échangés et copiés avant la mise en place de ces techniques sont à jamais perdus pour leurs ayants droit. De plus, les techniques DRM sont inefficaces aux enregistrements numériques—analogiques—numériques des documents pour s'affranchir des protections placées sur le média, le document pouvant alors être échangé librement.

Pour pallier ces problèmes, des solutions alternatives reconnaissent des documents multimédias par détermination d'un identificateur de signal correspondant au document.

Selon une première réalisation connue, la détermination d'un identificateur d'un signal audio est basée sur une transformation du signal par décomposition en ondelettes pyramidales, séparant les événements du signal qui ont lieu dans des bandes de fréquence différentes. L'identificateur du signal est composé alors des coefficients de la décomposition.

Selon d'autres réalisations connues, la détermination de l'identificateur d'un signal se base sur un cadrage du signal ("frammg" en anglais) pour séparer le signal audio en intervalles de quelques centaines de millisecondes se chevauchant et appliquer sur chaque intervalle une fenêtre de Hamming. Le signal est ainsi considéré comme stationnaire dans chaque intervalle. Des caractéristiques du signal sont extraites de chaque intervalle pour former un identificateur du signal.

Selon l'une de ces réalisations connues, l'identificateur du signal est déterminé par application d'une transformation de Fouπer dans chaque intervalle et la transformée de Fouπer qui en résulte est appliquée ensuite à un banc de filtres passe-bande, par exemple entre 300 Hz et 2 kHz, pour extraire un mot binaire dont les bits sont déterminés en fonction d'énergies des bandes de fréquence de l'intervalle suivant. L'identificateur est composé des mots binaires successifs obtenus par traitement successif des intervalles.

Une autre réalisation connue est une analyse discriminante de distorsion DDA ("Distortion Discriminant Analysis" en anglais). L'identificateur du signal est déterminé par applications successives d'analyses en composantes principales orientées (OPCA) sur chaque intervalle afin d'obtenir des

vecteurs résultants. L'identificateur du signal comporte des composantes des vecteurs.

Cependant un identificateur d'un document audio détermine a partir d'un signal audio d'origine selon les réalisations connues précédentes est différent de l'identificateur déterminé une fois que le signal audio a subi des altérations telles qu'une compression du signal, une suppression de partie du signal ou plus particulièrement un décalage temporel du signal. Pour toutes ces altérations, l'identificateur déterminé a partir d'un signal altéré est différent de l'identificateur déterminé a partir du signal d'origine.

L'invention a pour objectif de remédier aux inconvénients précités par la détermination d'un identificateur de document audio robuste aux altérations citées précédemment, plus particulièrement au décalage temporel du signal afin que la reconnaissance d'un signal d'origine dans le signal d'origine altéré soit plus probable.

Pour atteindre cet objectif, un procédé pour déterminer un identificateur d'un signal par division en segments est caractérisé en ce qu'il comprend : de manière récurrente, une division d'un premier segment du signal en des deuxièmes segments, une comparaison d'amplitudes moyennes des deuxièmes segments afin de sélectionner un deuxième segment, une détermination d'un sous-identificateur du signal en fonction du deuxième segment sélectionné, et dans le signal une sélection d'un autre premier segment abouté au deuxième segment sélectionné, et

une agrégation des sous-identificateurs déterminés en fonction des deuxièmes segments sélectionnes en l'identificateur du signal.

Afin de limiter le nombre de sous- îdentificateurs composant l'identificateur du signal, le deuxième segment sélectionné peut être remplacé par un segment caractéristique incluant en son centre le deuxième segment sélectionné.

Les segmentations du signal selon l'invention ont pour avantage de détecter des segments ayant une amplitude moyenne caractéristique, telle qu'une amplitude moyenne maximale ou minimale, compris dans le signal, et ainsi de synchroniser le signal altéré avec le signal d'origine afin de déterminer un identificateur du signal altéré très similaire à l'identificateur du signal d'origine également déterminé selon le procédé. Ainsi, si le signal d'origine subit un décalage par exemple dû à une troncature d'une partie du signal, cette altération n'est pas gênante pour déterminer un identificateur du signal puisque la détermination est basée sur des segments caractéristiques du signal dépendant de l'allure temporelle du signal et donc d'instants significatifs du signal a priori variables, et non pas sur un cadrage ("frammg" en anglais) figé temporellement du signal.

La détermination de sous-identificateurs du signal en fonction de segments caractéristiques revient à synchroniser le signal altéré avec le signal d'origine. Le procédé de détermination d'identificateur de signal selon l'invention est ainsi particulièrement robuste aussi à la compression du signal d'origine.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la détermination d'un sous-identificateur en fonction d'un deuxième segment sélectionne comprend : une transformation frequentielle du deuxième segment sélectionne en une transformée frequentielle, un filtrage de la transformée frequentielle dans des filtres à bandes passantes contiguës afin de produire des amplitudes de fréquences élémentaires dans chacune des bandes de fréquence, une estimation d'une énergie de chaque bande de fréquence en fonction des amplitudes des fréquences élémentaires dans la bande de fréquence, et une comparaison des énergies deux a deux de manière a coder des signes de différences d'énergies et concaténer les signes codés en le sous- identificateur .

Selon une autre caractéristique de l'invention, la comparaison des énergies comprend une détermination successive des moyennes des énergies et une comparaison des moyennes des énergies deux à deux de manière à coder les signes de différences de moyennes d'énergie et concaténer les signes codes en le sous-identificateur .

Cette détermination de sous-identificateur basée sur les deuxièmes segments sélectionnées ou les segments caractéristiques du signal contribue à réduire la taille de l'identificateur du signal.

L'invention a aussi pour objet un système pour déterminer un identificateur d'un signal par division en segments. Le système est caractérise en ce qu'il comprend : de manière récurrente, un moyen pour diviser un premier segment du signal en des deuxièmes segments, un moyen pour comparer des amplitudes moyennes des

deuxièmes segments afin de sélectionner un deuxième segment, un moyen pour déterminer un sous- îdentificateur du signal en fonction du deuxième segment sélectionné, et un moyen pour sélectionner dans le signal un autre premier segment aboute au deuxième segment sélectionné, et un moyen pour agréger des sous-identificateurs déterminés en fonction des deuxièmes segments sélectionnés en l'identificateur du signal.

Enfin, l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur apte a être mis en œuvre dans un processeur, tel qu'un système pour déterminer un identificateur d'un signal numérique, ledit programme comprenant des instructions qui, lorsque le programme est chargé et exécuté dans ledit processeur, réalisent les étapes selon le procédé de l'invention.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention, données a titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :

- la figure 1 est un bloc-diagramme schématique d'un système de détermination d'identificateur de signal selon l'invention ;

- la figure 2 est un algorithme d'un procédé de détermination d'identificateur de signal selon l'invention ;

- la figure 3 est un algorithme détaillé d'une étape de détermination d'identificateur de segment caractéristique de signal selon l'invention ; et

- la figure 4 est un graphe d'un signal de document audio segmenté selon l'invention.

Bien que l'invention soit applicable à divers signaux, quels que soient leurs contenus, l'invention est décrite ci-après pour l'identification d'un signal numérique audio selon une réalisation préférée. Cette réalisation est dirigée vers la détermination de l'identificateur d'un signal numérique altéré proche de l'identificateur d'un signal numérique d'origine. L'identificateur du signal numérique d'origine et l'identificateur du signal numérique altéré sont déterminés successivement selon le procède de l'invention.

Les altérations que subit un signal numérique sont, entre autres, la compression partielle ou totale du signal, la suppression d'une ou plusieurs parties du signal causant un décalage temporel du signal. Par exemple, un concert musical est enregistré sous la forme d'un signal numérique d'origine, les applaudissements au début du concert y sont supprimés ce qui induit un décalage temporel du signal en un signal altéré différent du signal d' origine .

En référence à la figure 1, un système de détermination d'identificateur de signal numérique SDI selon l'invention comprend un module de segmentation MS pour segmenter un signal numérique SG entrant dans le système afin d'obtenir des segments caractéristiques SCi à SCM du signal SG, et une unité de détermination d'identificateur UDI pour déterminer un identificateur ID du signal numérique SG en fonction des segments caractéristiques SCi à SCM-

Le système SDI est représenté dans la figure 1 sous forme de blocs fonctionnels dont la plupart assurent des fonctions ayant un lien avec l'invention

et peuvent correspondre à des modules logiciels et/ou matériels. Par exemple le système SDI est un ordinateur et incorpore ou peut accéder localement ou à travers un réseau de télécommunications a une base de données du type de celles utilisées en intelligence artificielle.

L'unité UDI déterminant l'identificateur ID du signal SG comporte un module de transformation fréquentielle MTF, N filtres passe-bande parallèles FIi à FTN, un module de détermination d'énergie MDE et un module de construction d'identificateur MCI.

Le module MTF transforme en fréquence chaque segment caractéristique SC _m du signal SG produit par le module de segmentation MS en une transformée fréquentielle TF _m , avec l'indice m compris entre 1 et un entier M. Par exemple le module MTF met en œuvre une transformation de Fouπer discrète TFD ce qui rend moins sensible le traitement ultérieur des segments caractéristiques aux altérations du signal d'origine. Les N filtres passe-bande parallèles FTi a FTN filtrent la transformée fréquentielle TF _m dans N bandes de fréquence contiguës BFi à BFN • Le module MDE détermine une densité spectrale de puissance E _m , _n du segment SC _m dans chaque bande de fréquence BF _n , avec l'indice n compris entre 1 et N. Le module MCI construit l'identificateur ID du signal SG en déterminant N-I signes S _m , i à S _m , _N - _l en fonction des densités spectrales de puissance précédemment déterminées E _m/ 1 à E _m , _N pour constituer un sous- îdentificateur ID _m relatif au segment SC _m . L'identificateur ID est agrégé en des sous- identificateurs IDi à IDM déterminés respectivement à partir des segments SCi à SCM produits par le module de segmentation MS.

Le rôle des différents modules est décrit plus en détail en référence aux figures 2 et 3.

Le procédé de détermination de l'identificateur ID du signal SG comprend trois étapes principales El à E3 présentées à la figure 2.

L'étape El exécutée par le module de segmentation MS segmente le signal numérique entrant SG afin de détecter du signal SG des segments caractéristiques SCi à SCM-

Les étapes E2 et E3 sont exécutées par l'unité UDI déterminant un identificateur ID du signal SG. L'étape E2 est récurrente avec l'étape El et détermine un sous-identificateur ID _m de chaque segment caractéristique SC _m contenu dans le signal SG. L'étape E3 agrège les sous-identificateurs IDi à IDM des segments caractéristiques SCi à SCM du signal SG en l'identificateur ID.

L'étape El comprend des étapes ElO a E13 pour la détection de segments caractéristiques du signal SG.

A l'étape ElO et en référence à la figure 4, le module de segmentation MS sélectionne dans le signal numérique SG un premier segment numérique, dit segment d'observation SOi, dont le début correspond au début du signal SG et dont la durée est prédéfinie et fixe, par exemple égale à 100 ms . Le module MS divise le segment d'observation SOi en des deuxièmes segments numériques très courts, appelés segments d'amplitude moyenne SAi a SAi, ayant une durée fixe par exemple de 10 ms . Les segments d'amplitude moyenne SAi à SAi se chevauchent deux à deux d'un décalage temporel par exemple de 1 ms . Pour chaque segment SA _1^ avec l'indice i compris entre 1 et I, le module de segmentation détermine l'amplitude moyenne

AM ₁ du segment SA ₁ à l'étape ElI et la mémorise. Une fois que les amplitudes moyennes AMi à AMi respectivement de tous les segments SAi à SAi sont déterminées, à l'étape E12, le module de segmentation MS recherche, à l'étape E13, parmi tous les segments d'amplitude moyenne SAi à SAi, un segment SA _max dont l'amplitude moyenne AM _max est la plus caractéristique, en comparant les amplitudes moyennes des deuxièmes segments SAi à SAi. De préférence, le module de segmentation MS recherche un segment SA _max dont l'amplitude moyenne AM _max est la maximale, à laquelle on se référera dans la suite de la description. Selon d'autres exemples, le module de segmentation MS recherche un segment dont l'amplitude moyenne est minimale ou dont l'amplitude moyenne est la deuxième amplitude maximale.

Le chevauchement des segments SAi à SAi deux à deux a pour avantage une meilleure précision de l'amplitude moyenne caractéristique AM _max , cette dernière est considérée au centre du segment SA _max- Dans une variante, les segments d'amplitude moyenne ne se chevauchent pas.

Le module de segmentation MS définit un troisième segment numérique, dit segment caractéristique SCi, qui inclut en son centre le segment SA _max d'amplitude moyenne maximale et qui a donc une durée supérieure ou éventuellement égale à celle du segment SA _max , par exemple de quelques dizaines de millisecondes. Le module de segmentation MS extrait le segment caractéristique SCi incluant le segment SA _max afin de le transmettre a l'unité de détermination d'identificateur UDI.

A l'étape E2, l'unité de détermination d'identificateur UDI détermine un sous-identificateur

IDi en fonction du segment caractéristique SCi précédemment défini et le mémorise.

Tant que le signal SG n'est pas entièrement traité par le module de segmentation MS à l'étape E30, les étapes ElO a E13 et l'étape E2 sont réitérées en sélectionnant à l'étape ElO un autre segment d'observation S0 _m , avec l'indice m compris entre 2 et M, SOM étant le dernier segment d'observation du signal SG. Comme montré à la figure 4, le début du segment SO _m commence à la fin du segment caractéristique précédent SC _m -i afin de définir un autre segment caractéristique SC _m en exécutant les étapes EIl à E13 décrites précédemment.

La sélection des segments d'observation qui peuvent se chevaucher deux à deux a pour avantage une sélection plus précise d'amplitudes moyennes caractéristiques qui sont proches temporellement dans le signal S. Par exemple, si le signal S contient deux amplitudes moyennes caractéristiques proches, dont la première est plus pertinente que la deuxième, par exemple la première est maximale ou minimale, et qui sont incluses dans un même segment d'observation SO _m -i, seule la première amplitude moyenne caractéristique est sélectionnée. A la suite de l'aboutement d'un segment d'observation suivant S0 _m au segment caractéristique incluant la première amplitude moyenne caractéristique sélectionnée, la deuxième amplitude moyenne caractéristique est également sélectionnée.

Dans une variante, les segments d'observations S0 _m et SO _m -i ne se chevauchent pas, et le segment S0 _m est abouté au segment précédent SO _m -i.

Un sous-identificateur ID _m relatif au segment caractéristique SC _m est déterminé à l'étape E2.

En référence à la figure 3, l'étape principale E2 détermine l'identificateur ID _m de chaque segment caractéristique SC _m défini et extrait par le module de segmentation MS à l'étape El, avec l'indice m compris entre 1 et M. L'étape E2 comprend des étapes E20 à E27 exécutées par l'unité de détermination d'identificateur UDI.

A l'étape E20, le module de transformation fréquentielle MTF de l'unité de détermination UDI applique une transformation de Fouπer discrète TFD au segment caractéristique SC _m du signal SG pour le transformer en une transformée fréquentielle TF _m afin d'étudier le comportement fréquentiel du segment caractéristique SC _m .

A l'étape E21, la transformée fréquentielle TF _m du segment SC _m est appliquée au banc FT de N filtres passe-bande FTi à FTN pour filtrer la transformée fréquentielle TF _m du segment SC _m en N transformées fréquentielle IF _1n ^i à TF _m?N respectivement dans les N bandes de fréquence contigues BFi à BFN afin d'analyser en détail le comportement fréquentiel du segment SC _m . Chaque filtre passe-bande FT _n présente une fréquence de coupure basse de début Fd _n égale à la fréquence de coupure haute de fin Ff _n - _I du filtre passe-bande précédent FT _n - _I et une fréquence de coupure haute de fin Ff _n égale à la fréquence de coupure basse de début Fd _n+ I du filtre passe-bande suivant FT _n+ I, avec l'indice n compris entre 1 et N. Par exemple les largeurs des bandes de fréquence contigues BFi à BFN augmentent en proportion d'un

1/9 1/9 facteur égal à 2 -1, soit Ff _n = Fd _n x 2

L'ensemble des bandes de fréquence BFi à BFN s'étend de préférence sur une bande de fréquence audible par exemple comprise entre 400 Hz et 5 kHz.

Chaque transformation fréquentielle TF _m , _n fournie par chaque filtre passe-bande FT _n est décrite par les amplitudes spectrales de fréquences élémentaires f _n équiréparties dans la bande de fréquence BF _n du filtre FT _n et comprises entre les fréquences de coupure Fd _n et Ff _n .

A l'étape E22, le module MDE détermine des caractéristiques acoustiques du segment SC _m comme la densité spectrale de puissance du segment SC _m , appelée ci-après "énergie" E _m , _n , pour la bande de fréquence BF _n de chaque filtre FT _n . Chaque énergie E _m , n est estimée en fonction de la somme des amplitudes |τF _m , _n | _Fdn à |τF _m , _n | _Ffn des fréquences élémentaires f _n comprises dans la bande de fréquence BF _n de chaque filtre FT _n . Le module MDE détermine l'énergie E _m , _n par la relation suivante :

fn=Ffn

TFm,n fn=Fdn fn ^j m,n

Ff _n - Fd _n

A la fin de l'étape E22, N énergies E _m , ₁ à E _m ,N sont estimées pour un segment caractéristique SC _m .

Aux étapes E23 à E26, le module de construction d'identificateur MCI "compresse" l'information représentée par les N énergies E _m , i à E _m , _N afin que le sous-identificateur ID _m du segment SC _m à construire caractérise le segment SC _m . L'information représentée par les N énergies est "compressée" en codant les N-I différences de signes entre les moyennes successives des énergies E _m , ₁ à E _m ,N précédemment estimées. A l'étape E23, le module MCI détermine successivement les moyennes des énergies E _m , 1 et E _m , ₂ ,... E _m , i à E _1n ^ _n ,... E _m , i à E _m , _N et compare progressivement ces moyennes d'énergies deux à deux

pour l'indice n croissant de 1 à N-I. Pour le signe Sm, n associé à la bande de fréquence BF _n du filtre FT _n avec n compris entre 1 et N-I, si la moyenne des énergies E _mj à E _m , _n relatives respectivement aux bandes de fréquence BFi à BF _n , est supérieure à la moyenne des énergies E _m; i à E^ _n+I relatives respectivement aux bandes de fréquence BFi à BF _n +i, alors le signe S _m , _n est positif et représenté par un bit à l'état "1" à l'étape E24; sinon il est négatif et représenté par un bit à l'état "0" à l'étape E25. En variante, le codage des N-I différences de signes est établi par des comparaisons successives des énergies E _m , i à E _m , N, sans déterminer les moyennes successives des énergies E _m , i à E _m , _N . Une fois que tous les signes de différences d'énergies S _m ,i à S _m ,N- ₁ ont été codés à l'étape E26, le module de construction d'identificateur MCI concatène les signes codés S _m , i à S _m , _N - _l afin d'obtenir le sous- identificateur ID _m du segment SC _m , à l'étape E27. Puis, le sous-identificateur ID _m est mémorisé.

En revenant à la figure 2, l'étape E3 concerne la construction de l'identificateur unique ID représentatif du signal SG et comprend des étapes E30 et E31.

A l'étape E30, le module de construction d'identificateur MCI dans l'unité UDI vérifie que le signal SG a été entièrement traité par itération d'aboutement d'un segment d'observation SO _m+ i à un segment caractéristique SC _m précédemment extrait du signal SG, comme montré à la figure 4, et que tous les sous-identificateurs IDi à IDM de tous les segments caractéristiques SCi à SCM contenus dans le signal SG sont déterminés, les étapes El et E2 étant réitérées M fois. Puis à l'étape E31 le module MCI

concatène les sous-identificateurs IDi à IDM afin d'obtenir l'identificateur unique ID du signal numérique SG de taille M x (N-I) bits, M étant le nombre variable de segments caractéristiques détectés dans le signal numérique SG à l'étape El.

Selon une première variante, le module MCI complète l'identificateur ID du signal SG en déterminant les positions chronologiques des deuxièmes segments d'amplitude maximale SA _max et donc des segments caractéristiques SC _m dans le signal SG.

Selon une deuxième variante, le module MCI ajoute une information supplémentaire a l'identificateur ID dans le signal SG en déterminant les écarts temporels entre les deuxièmes segments d'amplitude maximale SA _max et donc entre les segments caractéristiques SC _m .

Un exemple d'application de l'invention concerne l'identification d'un signal numérique altéré correspondant à un document audio en fonction d'une liste d'identificateurs de signaux numériques d'origine correspondant à des documents audio originaux, non altérés, lesdits identificateurs étant pré-déterminés selon le procédé de l'invention et indexés dans une base de données en liaison avec le système de détermination d'identificateur de signal numérique SDI.

L'identificateur du signal altéré est d'abord détermine selon le procédé de l'invention. Puis, chaque sous-identificateur relatif a un segment d'amplitude maximale du signal altéré est comparé à chaque sous-identificateur des identificateurs de la liste, selon une approximation prédéterminée. Pour cela, le module MCI évalue par exemple des

similarités entre l'identificateur du signal altéré et les identificateurs des signaux numériques d'origine, exprimées respectivement par des scores. Le score le plus élevé traduit la vraisemblance que le signal altéré resuite d'une altération de l'un des signaux numériques d'origine associé au score le plus élevé et donc est tout ou partie du signal numérique d'origine associé au score le plus élevé.

Selon la première variante, la recherche du score le plus élevé est fondée également sur la similarité entre la chronologie des sous- îdentificateurs du signal altéré et des sous- îdentificateurs des signaux numériques d'origine, c'est-à-dire sur la similarité des positions chronologiques des segments d'amplitude maximale du signal altéré et des signaux numériques d'origine.

Selon la deuxième variante, la recherche du score le plus élevé est fondée également sur la similarité entre les écarts temporels relatifs aux segments d'amplitude maximale du signal altéré et des signaux numériques d'origine.

L'invention décrite ici concerne un procédé et un système de détermination d'identificateur de signal. Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé de l'invention sont déterminées par les instructions d'un programme d'ordinateur incorporé dans le système SDI. Le programme comporte des instructions de programme qui, lorsque ledit programme est chargé et exécuté dans le système SDI dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme, réalisent les étapes du procédé selon l'invention.

En conséquence, l'invention s'applique également à un programme d'ordinateur, notamment un programme

d'ordinateur sur ou dans un support d'informations, adapté à mettre en œuvre l'invention. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter le procédé selon l'invention.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage ou support d'enregistrement sur lequel est stocke le programme d'ordinateur selon l'invention, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore une clé USB, ou un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type internet .

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon 1 ' invention .