JP2006121222A - 情報伝達システム、送信装置、受信装置及び情報伝達方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数成分の統計的分布に偏りを付けることにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応する送信装置を提供する。
【解決手段】送信装置は、音響信号１とデジタル信号２とを重畳し、合成音響信号を出力する。送信装置は、デジタル信号２を拡散符号１２によって拡散信号１３に変換する拡散信号変換部２０と、周波数毎のマスキング閾値を計算する周波数マスキング閾値計算部１７と、周波数マスキング閾値計算部１７によって計算されたマスキング閾値に応じて、拡散信号１３の周波数成分に重み付けを行う周波数重み付け部１８と、周波数重み付け部１８によって重み付けをされた拡散信号と音響信号１とを重畳する重畳部２１とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、音波を搬送媒体とする信号の情報伝達システム、送信装置、受信装置及び情報伝達方法に関する。

音楽にデジタル情報を埋め込む技術としては、電子透かしに応用されている方法として、振幅の量子化ビットの最下位ビットに入れるものや、周波数領域の特定の周波数に入れるもの、位相を変化させるもの等、さまざまなものがある。電子透かしは基本的に違法なデジタルコピーを防止するための情報等を入れるのが一般的で、ＤＡ／ＡＤ変換にロバストに対応できるものは少ない。また、これらを空中伝搬させて受信した信号のみから自己同期をとれるものは無い。電子透かしとしてでは無く、空中伝搬を目的とした技術としてHyper-Audio（例えば、特許文献１参照。）がある。この方式はある特定の周波数の成分を削ったり、高周波域に正弦波を追加したりするため、通信品質がスピーカやマイクの周波数特性に強く依存する。
特開２００１−１４８６７０号公報

デジタル情報を音楽にのせて空中伝搬する系においては、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させることが必要である。又、通信品質がスピーカやマイク等の出力装置の周波数特性にあまり依存しないことも重要である。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応できる情報伝達システム、送信装置、受信装置及び情報伝達方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、デジタル信号を抽出する情報伝達システムであって、（ａ）デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、周波数毎のマスキング閾値に応じて、拡散信号の周波数成分に重み付けを行い、重み付けをされた拡散信号と音響信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置と、（ｂ）合成音響信号を受信し、合成音響信号に拡散符号をかけることにより、デジタル信号を抽出する受信装置とを備える情報伝達システムであることを要旨とする。

第１の特徴に係る情報伝達システムによると、拡散信号の周波数成分に重み付けを行うことにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

本発明の第２の特徴は、音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、デジタル信号を抽出する情報伝達システムであって、（ａ）デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付け、偏りを付けた音響信号と拡散信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置と、（ｂ）合成音響信号を受信し、合成音響信号に拡散符号をかけ、統計的分布を解析することにより、デジタル信号を抽出する受信装置とを備える情報伝達システムであることを要旨とする。

第２の特徴に係る情報伝達システムによると、周波数成分の統計的分布に偏りを付けることにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

本発明の第３の特徴は、音響信号とデジタル信号とを重畳し、合成音響信号を出力する送信装置であって、（ａ）デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換する拡散信号変換部と、（ｂ）周波数毎のマスキング閾値を計算する周波数マスキング閾値計算部と、（ｃ）周波数マスキング閾値計算部によって計算されたマスキング閾値に応じて、拡散信号の周波数成分に重み付けを行う周波数重み付け部と、（ｄ）周波数重み付け部によって重み付けをされた拡散信号と音響信号とを重畳する重畳部とを備える送信装置であることを要旨とする。

第３の特徴に係る送信装置によると、拡散信号の周波数成分に重み付けを行うことにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

本発明の第４の特徴は、音響信号とデジタル信号とを重畳し、合成音響信号を出力する送信装置であって、（ａ）デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換する拡散信号変換部と、（ｂ）音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付けるパワー分布調整部と、（ｃ）拡散信号とパワー分布調整部によって偏りを付けた音響信号とを重畳する重畳部とを備える送信装置であることを要旨とする。

第４の特徴に係る送信装置によると、周波数成分の統計的分布に偏りを付けることにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

又、送信装置のパワー分布調整部は、周波数成分に、音楽の和音と調和する周波数の高調波を入れてもよい。

又、デジタル信号が固定長データ信号であり、固定長データ信号を繰り返し重畳する場合、送信装置の拡散信号変換部は、データの先頭を示すデータ同期信号をスペクトラム拡散でフレーム同期信号に重畳してもよい。

本発明の第５の特徴は、デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、周波数毎のマスキング閾値に応じて、拡散信号の周波数成分に重み付けを行い、重み付けをされた拡散信号と音響信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置から合成音響装置を受信する受信装置であって、（ａ）合成音響信号に拡散符号をかけることにより、デジタル信号を抽出する抽出装置を備える受信装置であることを要旨とする。

第５の特徴に係る受信装置によると、拡散信号の周波数成分に重み付けを行うことにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

本発明の第６の特徴は、デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付け、偏りを付けた音響信号と拡散信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置から合成音響信号を受信する受信装置であって、（ａ）合成音響信号に拡散符号をかけ、統計的分布を解析することにより、デジタル信号を抽出する抽出装置を備える受信装置であることを要旨とする。

第６の特徴に係る受信装置によると、周波数成分の統計的分布に偏りを付けることにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

又、受信装置の抽出装置は、統計的分布を解析する際、検出した高調波が和音のどの構成音であるかを解析してもよい。

又、デジタル信号が固定長データ信号であり、固定長データ信号を繰り返し重畳する場合、受信装置の抽出装置は、データの先頭を示すデータ同期信号をスペクトラム拡散で重畳されたフレーム同期信号に基づいて、フレーム同期をとってもよい。

本発明の第７の特徴は、音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、デジタル信号を抽出する情報伝達方法であって、（ａ）デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換するステップと、（ｂ）周波数毎のマスキング閾値に応じて、拡散信号の周波数成分に重み付けを行うステップと、（ｃ）重み付けをされた拡散信号と音響信号とを重畳した合成音響信号を送信するステップと、（ｄ）合成音響信号を受信するステップと、（ｅ）合成音響信号に拡散符号をかけることにより、デジタル信号を抽出するステップとを含む情報伝達方法であることを要旨とする。

第７の特徴に係る情報伝達方法によると、拡散信号の周波数成分に重み付けを行うことにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

本発明の第８の特徴は、音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、デジタル信号を抽出する情報伝達方法であって、（ａ）デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換するステップと、（ｂ）音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付けるステップと、（ｃ）偏りを付けた音響信号と拡散信号とを重畳した合成音響信号を送信するステップと、（ｄ）合成音響信号を受信するステップと、（ｅ）合成音響信号に拡散符号をかけ、統計的分布を解析することにより、デジタル信号を抽出するステップとを含む情報伝達方法であることを要旨とする。

第８の特徴に係る情報伝達方法によると、周波数成分の統計的分布に偏りを付けることにより、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応することができる。

本発明によると、伝搬距離とエラー耐性を高めつつ、通信容量を増加させ、出力装置の周波数特性が異なっても柔軟に対応できる情報伝達システム、送信装置、受信装置及び情報伝達方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。

本発明の実施の形態に係る情報伝達システムは、音響信号とデジタル信号とを合成して、音波として空中に放出する送信装置と、送信装置から受信した合成音響信号からデジタル信号を復元する受信装置とを備える。

本発明の実施の形態に係る送信装置は、図１に示すように、合成装置３とスピーカ５とを備える。合成装置３は、音楽等の音響信号１とデジタル信号２を合成し、合成音響信号４を生成する。スピーカ５は、合成音響信号４を音波６として空中に放出する。

又、本発明の実施の形態に係る受信装置は、図２に示すように、マイクロフォン７と、抽出装置９と、誤り訂正装置１１とを備える。マイクロフォン７は、空中伝搬してノイズや減衰等の影響を受けた音波６を受信する。抽出装置９は、マイクロフォン７から受信音響信号８から誤りを含んでいる可能性のあるデジタル信号（抽出信号）１０を抽出する。誤り訂正装置１１は、抽出信号１０の誤りを訂正し、元のデジタル信号２を復元する。

＜第１の実施の形態＞
（送信装置）
次に、第１の実施の形態に係る送信装置の詳細について説明する。

送信装置の合成装置３は、図３に示すように、第１のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１５と、第２のＦＦＴ部１６と、周波数マスキング閾値計算部１７と、周波数成分重み付け部１８と、ＩＦＦＴ（Inverse FFT）部１９と、拡散信号変換部２０と、重畳部２１を備える。

第１のＦＦＴ部１５は、入力された音響信号１１をフーリエ変換により、あるサンプル数毎に（ここでは、１５チップ毎に）、周波数スペクトル情報（周波数領域）に変換する。

周波数マスキング閾値計算１７は、周波数毎のマスキング閾値を計算する。

拡散信号変換部２０は、１ビットずつ入力されたデジタル信号２を、拡散符号１２によって、拡散信号１３に変換する。ここで、拡散符号１２は、生成多項式やシフトレジスタ等によって生成でき、同期がとれたときのみ自己相関値が高く、その他の場合は低いという特徴をもつ。この例では拡散符号１２として、100010011010111を用い、ベースバンドによるスペクトラム拡散によって信号を重畳する。

第２のＦＦＴ部１６は、拡散信号１３をフーリエ変換により、周波数スペクトル情報（周波数領域）に変換する。

周波数重み付け部１８は、周波数マスキング閾値計算部１７で計算されたマスキング閾値に応じて、周波数帯毎に、拡散符号１３の各周波数成分に重み付けを行う。

ＩＦＦＴ部１９は、重み付け後の拡散信号を逆変換し、周波数重み付け拡散信号１４へ変換する。

重畳部２１は、周波数重み付け拡散信号１４と音響信号１とを重畳する。具体的には、デジタルビットの０を埋め込む場合には、図４で示すように時間領域における音響信号と比べて微小な振幅αの周波数重み付け拡散信号１４を重畳する。拡散信号１５チップを１チップづつ、０ならばａを、１ならば−ａを重畳している。受信側で１／２チップ以下の精度でサンプリングできるように入れる（１チップの情報を２サンプル以上に入れる）ことにより、受信側でサンプリング点がずれていても対応できる。デジタルビット１を埋め込む場合には、拡散符号１２を反転させた011101100101000を同じように重畳する。これにより、この例では、１５チップでデジタル情報１ビットを埋め込むことができる。

（情報伝達方法）
次に、第１の実施の形態に係る情報伝達方法について、図５を用いて説明する。図５は、送信装置において、音響信号１とデジタル信号２が入力され、合成音響信号が出力されるまでのフローチャートを示す。

まず、ステップＳ１０１及びステップＳ１０４において、合成装置３に、音響信号１とデジタル信号２が入力される。

次に、ステップＳ１０２において、第１のＦＦＴ部１５は、入力された音響信号１１をフーリエ変換により、あるサンプル数毎に周波数スペクトル情報に変換する。

そして、ステップＳ１０３において、周波数マスキング閾値計算１７は、周波数毎のマスキング閾値を計算する。例えば、マスキング閾値として、人間の聴覚には知覚できない周波数を計算する。

一方、ステップＳ１０５において、拡散信号変換部２０は、ステップＳ１０４において入力されたデジタル信号２を、拡散符号１２によって拡散信号１３に変換する。

そして、ステップＳ１０６において、第２のＦＦＴ部１６は、拡散信号１３をフーリエ変換により、周波数スペクトル情報に変換する。

次に、ステップＳ１０７において、周波数重み付け部１８は、ステップＳ１０３において計算されたマスキング閾値に応じて、周波数帯毎に、拡散符号１３の各周波数成分に重み付けを行う。

次に、ステップＳ１０８において、ＩＦＦＴ部１８は、重み付け後の拡散信号を逆変換し、周波数重み付け拡散信号１４へ変換する。

次に、ステップＳ１０９において、重畳部２１は、周波数重み付け拡散信号１４と音響信号１とを重畳し、合成音響信号４を合成する。

そして、ステップＳ１１０において、スピーカ５は、合成音響信号４を出力する。

（受信装置）
受信装置は、送信装置から出力された音波６をマイクロフォン７で受信し、埋め込まれたデジタル情報を抽出する。

ここで、図２に示す抽出装置９は、まず、１５チップごとにデジタル情報を１ビットが埋め込まれているが、その１５チップの先頭を見つける必要がある（同期捕捉）。そのため、受信音響信号８に拡散符号100010011010111をかける。拡散符号をかけるとは、初期値を０とし、数サンプルごとに拡散符号のチップを対応させ、拡散符号のチップが０であれば、そのサンプル値を加算し、１であればそのサンプル値を減算する。１５チップの先頭からこの拡散符号をかければ、合計値の絶対値が大きくなり、先頭以外であれば合計値の絶対値が小さくなる。したがって、１サンプルずつずらして、合計値を計算することによって１５チップの先頭を見極めることができる。しかし、音楽情報と合成した信号に拡散符号をかけるため、デジタル情報１ビット分（１５チップ）だけでは先頭を正しく決めることができない可能性が十分あるため、数ビット分解析して統計的に最も先頭の可能性が高いところを先頭と決める。先頭を決めることができたら、先頭から１５チップごとに、合計値がプラスであれば、埋め込まれているデジタルビットが０と、合計値がマイナスであれば、埋め込まれているデジタルビットが１と判定する。

（作用及び効果）
第１の実施の形態に係る情報伝達システム、送信装置、受信装置、情報伝達方法によると、デジタル情報を拡散符号１２によって拡散した疑似ノイズを音響信号１に重畳することができる。この疑似ノイズの周波数スペクトルはフラットであるが、ある程度周波数成分に強弱がついても、自己相関のピークを検出できるため、スピーカやマイクの周波数特性が異なっても柔軟に対応できる。

又、第１の実施の形態に係る送信装置は、周波数マスキング閾値計算部１７によって、音楽によってマスキングされる各周波数成分の閾値を計算し、その閾値を考慮して重畳する疑似ノイズの周波数成分に強弱を付けることができる。このため、人間の聴覚には知覚できないように多くの疑似ノイズ成分を入れることができる。更に、このように拡散信号の各周波数成分に強弱を付けても、自己相関値は元の拡散信号と同じような特徴を持つため、第１の実施の形態に係る受信装置は、十分同期をとることができる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、送信装置の合成装置３と、受信装置の抽出装置９以外は、第１の実施の形態と同様である。又、第２の実施の携帯では、１５チップの先頭を示すフレーム同期信号のみを入れ、別の方法でデジタル信号２を音響信号１に埋め込む。

（送信装置）
次に、第２の実施の形態に係る送信装置の詳細について説明する。

送信装置の合成装置３は、図６に示すように、第１のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１５と、第２のＦＦＴ部１６と、周波数マスキング閾値計算部１７と、周波数成分重み付け部１８と、第２のＩＦＦＴ（Inverse FFT）部１９と、拡散信号変換部２０と、重畳部２１と、パワー分布調整部２６と、第１のＩＦＦＴ部２７とを備える。

第１のＦＦＴ部１５は、入力された音響信号１１をフーリエ変換により、あるサンプル数毎に（ここでは１５チップ毎に）、周波数スペクトル情報に変換する。

パワー分布調整部２６は、デジタル信号２の入力ビット（１ビットずつ）に従い、各周波数帯のパワー分布が調整し、音響信号１に、時間間隔（フレーム）単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付ける。具体的には、パワー分布調整部２６は、フレーム毎に周波数領域のデータに変換された音響信号１の周波数成分について、デジタルビット０を埋め込む場合は、図７（ａ）に示すように、周波数帯Ａの周波数成分を強くし、周波数帯Ｂの周波数成分を弱くする。又、デジタルビット１を埋め込む場合は、図７（ｂ）に示すように、周波数帯Ａの周波数成分を弱くし、周波数帯Ｂの周波数成分を強くする。強弱の付け方は周波数マスキング効果を考慮し、周波数帯Ａと周波数帯Ｂは同一のクリティカルバンドに属し、減少する周波数成分のエネルギーと増加する周波数成分のエネルギーがほぼ等しくなるようにすることで、クリティカルバンド内のエネルギー変化が小さくなり、人間の聴覚には知覚するのが難しくなる。

又、高周波数領域を利用できるのであれば、パワー分布調整部２６が、音楽の和音と調和する周波数の高調波を入れることで、デジタル情報を表現できる。高調波の設定例として、デジタルビット０をいれるときの高調波の周波数の１．５倍及び０．７５倍の周波数の高調波は、デジタルビット１をいれるときの高調波とする。具体例として、下記の表にデジタルビット０，１を入れるときの周波数を記述する。

例えば、ハ長調（Ｃ major）の曲であれば、その和音であるド（Ｃ）、ミ（Ｅ）、ソ（Ｇ）が調和する。また、ラ＃（Ａ＃）、ド＃（Ｃ＃）、レ＃（Ｄ＃）、ファ＃（Ｆ＃）、ソ＃（Ｇ＃）は調和しない。表１でド（Ｃ）は、デジタルビット１のグループに属し、その１．５倍の周波数のソ（Ｇ）は、デジタルビット０のグループに属するため、０を埋め込む場合は、ソ（Ｇ）の高調波を入れ、１を埋め込む場合は、ド（Ｃ）の高調波をいれる。これにより、音楽と調和させながら、デジタルビット０，１によってそれぞれの高調波を入れることができる。

周波数マスキング閾値計算１７は、パワー分布調整後の周波数スペクトル情報に基づいて、周波数毎のマスキング閾値を計算する。

第１のＩＦＦＴ部２７は、パワー分布調整後の音響信号を逆変換し、パワー分布調整音響信号２２へ変換する。

拡散信号変換部２０は、音響信号１を、フレーム同期用拡散符号２４及びデータ同期用拡散信号２５によって、拡散信号２１に変換する。例えば、フレーム同期用拡散信号２４、データ同期用拡散信号２５として、データ同期用拡散信号（ここでは、７ビットデータ1001011の繰り返し）が、１ビットずつ７フレーム同期用拡散符号100010011010111にかけられて拡散信号２１となり、音響信号１に重畳する。

又、拡散信号変換部２０は、固定長デジタルデータを繰り返し送る場合、常に拡散符号100010011010111を入れるのではなく、この拡散符号とは別の拡散符号（データ長と同じサイズ）を用意し、そのデータ周期用拡散符号２５のビットに従って、フレーム同期用拡散符号100010011010111をそのまま入れたり、反転させた011101100101000を入れたりしてもよい。例として、データ長が７ビットの場合を考え、データ同期用拡散符号２５として1001011を用いる。最初のフレーム（１５チップ）には、データ同期用拡散符号２５の最初のビットが１なので、フレーム同期用拡散符号100010011010111を反転させた011101100101000を入れる。次のフレームには、データ同期用拡散符号の２番目のビットが０なので、フレーム同期用拡散符号100010011010111をそのまま入れる。このように７フレーム入れたら、データ同期用拡散符号の最初からビットから繰り返し同じように入れていく。

第２のＦＦＴ部１６は、拡散信号２１をフーリエ変換により、周波数スペクトル情報に変換する。

周波数重み付け部１８は、周波数マスキング閾値計算部１７で計算されたマスキング閾値に応じて、周波数帯毎に、拡散符号２１の各周波数成分に重み付けを行う。

第２のＩＦＦＴ部１９は、重み付け後の拡散信号を逆変換し、周波数重み付け拡散信号２３へ変換する。

重畳部２１は、周波数重み付け拡散信号２３とパワー分布調整音響信号２２とを重畳する。

（情報伝達方法）
次に、第２の実施の形態に係る情報伝達方法について、図８を用いて説明する。図８は、送信装置において、音響信号１とデジタル信号２が入力され、合成音響信号が出力されるまでのフローチャートを示す。

まず、ステップＳ２０１及びステップＳ２０３において、合成装置３に、音響信号１とデジタル信号２が入力される。

次に、ステップＳ２０２において、第１のＦＦＴ部１５は、入力された音響信号１をフーリエ変換により、あるサンプル数毎に周波数スペクトル情報に変換する。

次に、ステップＳ２０４において、パワー分布調整部２６は、音響信号１に、時間間隔（フレーム）単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付ける。

次に、ステップＳ２０５において、周波数マスキング閾値計算１７は、周波数毎のマスキング閾値を計算する。

次に、ステップＳ２０６において、拡散信号変換部２０は、音響信号１を、フレーム同期用拡散符号２４及びデータ同期用拡散信号２５によって、拡散信号２１に変換する。

次に、ステップＳ２０７において、第２のＦＦＴ部１６は、拡散信号２１をフーリエ変換により、周波数スペクトル情報に変換する。

次に、ステップＳ２０８において、周波数重み付け部１８は、ステップＳ２０５において計算されたマスキング閾値に応じて、周波数帯毎に、拡散符号１３の各周波数成分に重み付けを行う。

次に、ステップＳ２０９において、ＩＦＦＴ部１８は、重み付け後の拡散信号を逆変換し、周波数重み付け拡散信号２３へ変換する。

次に、ステップＳ２１０において、重畳部２１は、周波数重み付け拡散信号２３とパワー分布調整音響信号２２とを重畳し、合成音響信号４を合成する。

そして、ステップＳ２１１において、スピーカ５は、合成音響信号４を出力する。

（受信装置）
次に、第２の実施の形態に係る受信装置の詳細について説明する。

受信装置の抽出装置９は、図９に示すように、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部３３と、パワー分布解析部３４と、データ巡回部３５と、フレーム同期部３６と、データ同期部３７とを備える。

フレーム同期部３６は、入力された受信音響信号８にフレーム同期用拡散符号２４をかけてフレーム同期信号３０を生成する。

ＦＦＴ部３３は、フレーム同期信号３０に従って、受信音響信号８をフーリエ変換により、あるサンプル数毎にフレーム単位で周波数スペクトル情報に変換する。

パワー分布解析部３４は、受信音響信号８をフレーム単位での周波数成分の統計的分布を解析する。例えば、周波数成分に、図７に示すような偏りが付されている場合、周波数帯Ａと周波数帯Ｂのパワーを比較し、周波数帯Ａのパワーの方が大きければ０と判断し、周波数Ｂのパワーの方が大きければ１と判断する。又、音楽の和音と調和する周波数の高調波を入れている場合は、検出した高調波が、デジタルビット０のグループの周波数であれば、０と判断し、デジタルビット１のグループの周波数であれば、１と判断する。そして、パワー解析部３４は、判断結果をデジタル信号３２の１ビットに変換する。

データ同期部３７は、フレーム同期信号３０にデータ同期用拡散符号２５をかけ、データ同期信号３１を生成する。

データ巡回部３５は、データ同期信号３１に従って、デジタル信号３２の先頭ビットを先頭に巡回し、抽出信号１０（デジタル信号）として出力する。

又、このように抽出したデジタル信号はいくつかのビットが誤っている可能性があるため、誤り訂正装置１１は、誤り訂正符号により符号化する。ここで、固定長デジタルデータを繰り返し受信した場合を考える。ここでは、データを１ビットずつ音響信号１５チップに埋め込むため、誤り訂正符号として２元ＢＣＨ符号を用いる。ＢＣＨ符号は巡回符号であるため、符号語を１ビットずつ巡回させても必ず符号語となる。この符号語データは固定長なので、この符号語データを繰り返し送っていれば、どこから受信しても符号語の長さの分だけ受信すれば、それは必ず符号語となっている。これにより、データ同期をとる必要がなくなる。ただし、巡回した符号語が同じ情報データから生成された符号語になるわけでは無いので、巡回した符号語が全て同じ意味を表すようにしておく必要がある。

（情報伝達方法）
次に、第２の実施の形態に係る情報伝達方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、受信装置において、受信音響信号８が入力され、抽出信号１０が出力されるまでのフローチャートを示す。

まず、ステップＳ３０１において、抽出装置９に、受信音響信号８が入力される。

次に、ステップＳ３０２において、フレーム同期部３６は、入力された受信音響信号８にフレーム同期用拡散符号２４をかけてフレーム同期信号３０を生成する。

次に、ステップＳ３０３において、ＦＦＴ部３３は、フレーム同期信号３０に従って、受信音響信号８をフーリエ変換により、あるサンプル数毎にフレーム単位で周波数スペクトル情報に変換する。

次に、ステップＳ３０４において、パワー分布解析部３４は、受信音響信号８をフレーム単位での周波数成分の統計的分布を解析し、デジタル信号３２の１ビットに変換する。

次に、ステップＳ３０５において、データ同期部３７は、フレーム同期信号３０にデータ同期用拡散符号２５をかけ、データ同期信号３１を生成する。

次に、ステップＳ３０６において、データ巡回部３５は、データ同期信号３１に従って、デジタル信号３２の先頭ビットを先頭に巡回する。

そして、ステップＳ３０７において、データ巡回部３５は、抽出信号１０（デジタル信号）を出力する。

（作用及び効果）
第２の実施の形態に係る情報伝達システム、送信装置、受信装置、情報伝達方法によると、音響信号１をある時間間隔（フレーム）毎に、それぞれの周波数成分の統計的分布に偏りを付けることができる。この偏り（強弱）の付け方は、前述のマスキング効果を考慮し、人間の聴覚で知覚できる周波数帯（クリティカルバンド）で、振幅エネルギーの増減が打ち消しあって、ひとつのクリティカルバンド内のエネルギー変化が小さいようにすることによって、人間の聴覚では変化を知覚することが難しくできる。この強弱のパターンをデジタル情報（０，１）に割り当てることができる。

又、第２の実施の形態では、音響信号１をフレームごとに、音楽の和音と調和する周波数の高調波を入れることができる。和音の構成音のうち、どの音の高調波を入れるかにより、デジタル情報（０，１）を割り当てる。このため、高調波を強く入れても不自然な音にはならなくできる。

又、第２の実施の形態では、受信した音響信号１のみから自己同期をとれるように、フレーム同期信号３０を入れることができる。第１の実施の形態では、フレーム同期をとれるだけの信号を入れておけばいいので、疑似ノイズ成分をかなり小さくできる。一方、第２の実施の形態では、フレーム同期をほぼ正確にとることができるので、受信精度が高くなる。

又、第２の実施の形態に係る受信装置は、受信音響信号８にフレーム同期用拡散符号２４をかけて、データ同期信号３１を抽出し、抽出したデータ同期信号３１にデータ同期用拡散符号３１をかけて固定長データ（７ビットのデータ）の先頭フレームを見極める。受信装置は、７フレーム分の音響信号を受信していれば、先頭フレームがどこにあっても、７ビットの固定長データを復元できる。

又、第２の実施の形態に係る受信装置は、受信音響信号８に拡散符号をかけ、１５チップの先頭を見極める。第１の実施の形態では、そこにデータ（０か１）が埋め込まれているため、拡散符号をかけた合計値がプラスの方にもマイナスの方にも大きくでる可能性があり、合計値の絶対値を比較することにより、フレームの先頭を見極めていたが、第２の実施の形態では、フレームの先頭であれば合計値は必ずプラスの方に大きくでるので、同期がとりやすくなる。このため、拡散信号として音響信号１に重畳する割合を少なくしても同期をとることができ、ノイズをさらに小さく抑えることができる。

又、第２の実施の形態では、データ同期信号を送る代わりに、固定長データとして巡回符号の符号語データを送ることができる。巡回符号はビットを巡回させても必ず符号語となっているので、受信装置がどこから受信を始めても、特定のビット数だけ受信すれば巡回符号で復号することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第２の実施の形態において、合成装置３は、パワー分布調整部２６と、周波数成分重み付け部１８とを備えることを説明したが、合成装置３は、パワー分布調整部２６、あるいは、周波数成分重み付け部１８のどちらかを備えればよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

第１及び第２の実施の形態に係る送信装置の構成ブロック図である。 第１及び第２の実施の形態に係る受信装置の構成ブロック図である。 第１の実施の形態に係る合成装置の構成ブロック図である。 第１の実施の形態に係る信号の重畳を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る情報伝達方法を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る合成装置の構成ブロック図である。 第２の実施の形態に係る各周波数帯のパワー分布調整を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る情報伝達方法を示すフローチャートである（その１）。 第２の実施の形態に係る抽出装置の構成ブロック図である。 第２の実施の形態に係る情報伝達方法を示すフローチャートである（その２）。

符号の説明

１…音響信号
２…デジタル信号
３…合成装置
４…合成音響信号
５…スピーカ
６…音波
７…マイクロフォン
８…受信音響信号
９…抽出装置
１０…抽出信号
１１…誤り訂正装置
１２…拡散符号
１３…拡散信号
１４…周波数重み付け拡散信号
１５…第１のＦＦＴ部
１６…第２のＦＦＴ部
１７…周波数マスキング閾値計算部
１８…周波数成分重み付け部
１９…ＩＦＦＴ部
２０…拡散信号変換部
２１…重畳部
２２…パワー分布調整音響信号
２３…周波数重み付け拡散信号
２４…フレーム同期用拡散符号
２５…データ同期用拡散信号
２６…パワー分布調整部
２７…第１のＩＦＦＴ部

Claims (12)

1. 音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、前記デジタル信号を抽出する情報伝達システムであって、
   前記デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、周波数毎のマスキング閾値に応じて、前記拡散信号の周波数成分に重み付けを行い、該重み付けをされた拡散信号と前記音響信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置と、
   前記合成音響信号を受信し、前記合成音響信号に前記拡散符号をかけることにより、前記デジタル信号を抽出する受信装置と
   を備えることを特徴とする情報伝達システム。
2. 音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、前記デジタル信号を抽出する情報伝達システムであって、
   前記デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、前記音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付け、該偏りを付けた音響信号と前記拡散信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置と、
   前記合成音響信号を受信し、前記合成音響信号に前記拡散符号をかけ、前記統計的分布を解析することにより、前記デジタル信号を抽出する受信装置と
   を備えることを特徴とする情報伝達システム。
3. 音響信号とデジタル信号とを重畳し、合成音響信号を出力する送信装置であって、
   前記デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換する拡散信号変換部と、
   周波数毎のマスキング閾値を計算する周波数マスキング閾値計算部と、
   前記周波数マスキング閾値計算部によって計算されたマスキング閾値に応じて、前記拡散信号の周波数成分に重み付けを行う周波数重み付け部と、
   周波数重み付け部によって重み付けをされた拡散信号と前記音響信号とを重畳する重畳部と
   を備えることを特徴とする送信装置。
4. 音響信号とデジタル信号とを重畳し、合成音響信号を出力する送信装置であって、
   前記デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換する拡散信号変換部と、
   前記音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付けるパワー分布調整部と、
   前記拡散信号と前記パワー分布調整部によって偏りを付けた音響信号とを重畳する重畳部と
   を備えることを特徴とする送信装置。
5. 前記パワー分布調整部は、前記周波数成分に、音楽の和音と調和する周波数の高調波を入れることを特徴とする請求項４に記載の送信装置。
6. 前記デジタル信号が固定長データ信号であり、該固定長データ信号を繰り返し重畳する場合、
   前記拡散信号変換部は、データの先頭を示すデータ同期信号をスペクトラム拡散でフレーム同期信号に重畳することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の送信装置。
7. デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、周波数毎のマスキング閾値に応じて、前記拡散信号の周波数成分に重み付けを行い、該重み付けをされた拡散信号と音響信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置から前記合成音響装置を受信する受信装置であって、
   前記合成音響信号に前記拡散符号をかけることにより、前記デジタル信号を抽出する抽出装置
   を備えることを特徴とする受信装置。
8. デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換し、音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付け、該偏りを付けた音響信号と前記拡散信号とを重畳した合成音響信号を送信する送信装置から前記合成音響信号を受信する受信装置であって、
   前記合成音響信号に前記拡散符号をかけ、前記統計的分布を解析することにより、前記デジタル信号を抽出する抽出装置
   を備えることを特徴とする受信装置。
9. 前記抽出装置は、前記統計的分布を解析する際、検出した高調波が和音のどの構成音であるかを解析することを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
10. 前記デジタル信号が固定長データ信号であり、該固定長データ信号を繰り返し重畳する場合、
    前記抽出装置は、データの先頭を示すデータ同期信号をスペクトラム拡散で重畳されたフレーム同期信号に基づいて、フレーム同期をとることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の受信装置。
11. 音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、前記デジタル信号を抽出する情報伝達方法であって、
    前記デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換するステップと、
    周波数毎のマスキング閾値に応じて、前記拡散信号の周波数成分に重み付けを行うステップと、
    該重み付けをされた拡散信号と前記音響信号とを重畳した合成音響信号を送信するステップと、
    前記合成音響信号を受信するステップと、
    前記合成音響信号に前記拡散符号をかけることにより、前記デジタル信号を抽出するステップと
    を含むことを特徴とする情報伝達方法。
12. 音響信号とデジタル信号とを重畳した合成音響信号から、前記デジタル信号を抽出する情報伝達方法であって、
    前記デジタル信号を拡散符号によって拡散信号に変換するステップと、
    前記音響信号に、フレーム単位で周波数成分の統計的分布に偏りを付けるステップと、
    該偏りを付けた音響信号と前記拡散信号とを重畳した合成音響信号を送信するステップと、
    前記合成音響信号を受信するステップと、
    前記合成音響信号に前記拡散符号をかけ、前記統計的分布を解析することにより、前記デジタル信号を抽出するステップと
    を含むことを特徴とする情報伝達方法。
    
    

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