JP2008015416A - 音響信号に対する情報の埋め込み装置および音響信号からの情報の抽出装置 - Google Patents
音響信号に対する情報の埋め込み装置および音響信号からの情報の抽出装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 音響信号を所定区間に区分し、埋め込むべき2ビットおよびこの2ビットの付加情報の1ワード内の位置によりとり得る8値に応じて、前記所定区間の低周波成分の状態を変更する。具体的には、低周波成分をさらにより高い低周波成分とより低い低周波成分に分けるとともに、時間的に前と後に分け、得られる4つの領域を埋め込むべき8値に応じて変化させる。
【選択図】 図2
Description
(1.本発明の基本概念)
まず、本発明の基本概念について、特許文献8、9に記載の発明と比較して説明する。本発明、特許文献8、9に記載の発明は、いずれも音響信号から所定数(例えば4096個)のサンプルを1音響フレームとして抽出し、この音響フレームに対して、周波数変換の後、その低周波成分の状態を、埋め込むべき付加情報の値に応じて変更するものである。図1に、従来の手法による低周波成分の状態を1音響フレーム単位で示す。図1に示す各音響フレームにおいて、横軸は時間方向、縦軸は周波数方向を示している。また、網掛けされた部分は、低周波成分が存在している部分を示し、網掛けが濃いほど成分強度が強いことを示している。
図3は、本発明に係る音響信号に対する情報の埋め込み装置の構成を示す機能ブロック図である。図3において、10は音響フレーム読込手段、20は周波数変換手段、30は低周波成分変更手段、40は周波数逆変換手段、50は改変音響フレーム出力手段、60は記憶手段、61は音響信号記憶部、62は付加情報記憶部、63は改変音響信号記憶部、70は付加情報読込手段である。なお、図3に示す装置は、ステレオ音響信号、モノラル音響信号の両方に対応可能であるが、ここでは、ステレオ音響信号に対して処理を行う場合について説明していく。
次に、図3に示した音響信号に対する情報の埋め込み装置の処理動作について説明する。ここでは、音響信号として、L(左)、R(右)の2チャンネルを有するステレオ音響信号に対して処理を行う場合について説明していく。音響フレーム読込手段10は、音響信号記憶部61に記憶されたステレオ音響信号の左右の各チャンネルから、それぞれ所定数のサンプルを1音響フレームとして読み込む。音響フレーム読込手段10が読み込む1音響フレームのサンプル数は、適宜設定することができるが、サンプリング周波数が44.1kHzの場合、4096サンプル程度とすることが望ましい。したがって、音響フレーム読込手段10は、左チャンネル、右チャンネルについてそれぞれ4096サンプルずつ、順次音響フレームとして読み込んでいくことになる。
i≦3N/8のとき、W(1,i)=0.5−0.5cos(8πi/(3N))
3N/8<i≦N/2のとき、W(1,i)=0.5−0.5cos(8π(i−N/4)/N)
i>N/2のとき、W(1,i)=0.0
i≦3N/8のとき、W(2,i)=0.0
3N/8<i≦N/2のとき、W(2,i)=0.5−0.5cos(4π(i−N/4)/N)
i>3N/4のとき、W(2,i)=0.0
i≦N/2のとき、W(3,i)=0.0
i>N/2のとき、W(3,i)=0.5−0.5cos(4π(i−N/2)/N)
i≦N/4のとき、W(4,i)=0.0
N/4<i≦N/2のとき、W(4,i)=0.5−0.5cos(4π(i−N/4)/N)
N/2<i≦7N/8のとき、W(4,i)=0.5−0.5cos(8π(i−N/8)/(3N))
i>7N/8のとき、W(4,i)=0.0
Al(1,j)=Σi=0,…,N-1W(1,i)・Xl(i)・cos(2πij/N)
Bl(1,j)=Σi=0,…,N-1W(1,i)・Xl(i)・sin(2πij/N)
Al(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xl(i)・cos(2πij/N)
Bl(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xl(i)・sin(2πij/N)
Al(3,j)=Σi=0,…,N-1W(3,i)・Xl(i)・cos(2πij/N)
Bl(3,j)=Σi=0,…,N-1W(3,i)・Xl(i)・sin(2πij/N)
Ar(1,j)=Σi=0,…,N-1W(1,i)・Xr(i)・cos(2πij/N)
Br(1,j)=Σi=0,…,N-1W(1,i)・Xr(i)・sin(2πij/N)
Ar(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xr(i)・cos(2πij/N)
Br(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xr(i)・sin(2πij/N)
Ar(3,j)=Σi=0,…,N-1W(3,i)・Xr(i)・cos(2πij/N)
Br(3,j)=Σi=0,…,N-1W(3,i)・Xr(i)・sin(2πij/N)
Al(4,j)=Σi=0,…,N-1W(4,i)・Xl(i)・cos(2πij/N)
Bl(4,j)=Σi=0,…,N-1W(4,i)・Xl(i)・sin(2πij/N)
Ar(4,j)=Σi=0,…,N-1W(4,i)・Xr(i)・cos(2πij/N)
Br(4,j)=Σi=0,…,N-1W(4,i)・Xr(i)・sin(2πij/N)
E1=Σj=m,m+P-4{Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}
E2=Σj=m,m+P-4{Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}
E3=Σj=m+p,m+2P-4{Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}
E4=Σj=m+p,m+2P-4{Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(1,j)=0
Br´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(3,j)=0
Br´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Al´(3,j)=Al(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Ar´(1,j)=0
Br´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Ar´(3,j)=0
Br´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Al´(3,j)=Al(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Ar´(3,j)=0
Br´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Al´(3,j)=Al(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Ar´(1,j)=0
Br´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Ar´(1,j)=0
Br´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Ar´(3,j)=0
Br´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Al´(3,j)=Al(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Ar´(3,j)=0
Br´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Al´(3,j)=Al(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・E(3,j)/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Ar´(1,j)=0
Br´(1,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=0〜m−1、m+P−3〜m+P−1、m+2P−3〜M−1の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=0〜M−1の各成分に対して
Al´(2,j)=0
Bl´(2,j)=0
E(2,j)={Al(2,j)2+Bl(2,j)2+Ar(2,j)2+Br(2,j)2}1/2
Ar´(2,j)=Ar(2,j)・E(2,j)/{Ar(2,j)2+Br(2,j)2}1/2
Br´(2,j)=Br(2,j)・E(2,j)/{Ar(2,j)2+Br(2,j)2}1/2
j=0〜M−1の各成分に対して
Al´(1,j)=0
Bl´(1,j)=0
Al´(2,j)=0
Bl´(2,j)=0
Al´(3,j)=0
Bl´(3,j)=0
E(1,j)={Al(1,j)2+Bl(1,j)2+Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)/{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}1/2
E(2,j)={Al(2,j)2+Bl(2,j)2+Ar(2,j)2+Br(2,j)2}1/2
Ar´(2,j)=Ar(2,j)・E(2,j)/{Ar(2,j)2+Br(2,j)2}1/2
Br´(2,j)=Br(2,j)・E(2,j)/{Ar(2,j)2+Br(2,j)2}1/2
E(3,j)={Al(3,j)2+Bl(3,j)2+Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Ar´(3,j)=Ar(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
Br´(3,j)=Br(3,j)・E(3,j)/{Ar(3,j)2+Br(3,j)2}1/2
j=0〜M−1の各成分に対して
Al´(4,j)=0
Bl´(4,j)=0
E(4,j)={Al(4,j)2+Bl(4,j)2+Ar(4,j)2+Br(4,j)2}1/2
Ar´(4,j)=Ar(4,j)・E(4,j)/{Ar(4,j)2+Br(4,j)2}1/2
Br´(4,j)=Br(4,j)・E(4,j)/{Ar(4,j)2+Br(4,j)2}1/2
Xl´(i)=1/N・{ΣjAl´(1,j)・cos(2πij/N)−ΣjBl´(1,j)・sin(2πij/N)}+1/N・{ΣjAl´(2,j)・cos(2πij/N)−ΣjBl´(2,j)・sin(2πij/N)}+1/N・{ΣjAl´(3,j)・cos(2πij/N)−ΣjBl´(3,j)・sin(2πij/N)}+Xlp(i+N/2)
Xr´(i)=1/N・{ΣjAr´(1,j)・cos(2πij/N)−ΣjBr´(1,j)・sin(2πij/N)}+1/N・{ΣjAr´(2,j)・cos(2πij/N)−ΣjBr´(2,j)・sin(2πij/N)}+1/N・{ΣjAr´(3,j)・cos(2πij/N)−ΣjBr´(3,j)・sin(2πij/N)}+Xrp(i+N/2)
Xl´(i)=1/N・{ΣjAl´(4,j)・cos(2πij/N)−ΣjBl´(4,j)・sin(2πij/N)}+Xlp(i+N/2)
Xr´(i)=1/N・{ΣjAr´(4,j)・cos(2πij/N)−ΣjBr´(4,j)・sin(2πij/N)}+Xrp(i+N/2)
次に、本発明に係る音響信号からの情報の抽出装置について説明する。図9は、本発明に係る音響信号からの情報の抽出装置の一実施形態を示す構成図である。図9において、100は音響信号入力手段、110は基準フレーム獲得手段、120は位相変更フレーム設定手段、130は周波数変換手段、140は符号判定パラメータ算出手段、150は符号出力手段、160は付加情報抽出手段、170は音響フレーム保持手段である。
EC1=Σj=m,…,m+P-4{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}
EC2=Σj=m,…,m+P-4{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}
EC3=Σj=m+P,…,m+2P-4{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}
EC4=Σj=m+P,…,m+2P-4{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}
符号判定パラメータ算出手段140と符号出力手段150により符号化手段が構成される。付加情報抽出手段160は、符号出力手段150により出力された9値の配列を、所定の規則により変換して意味のある付加情報として抽出する機能を有している。音響フレーム保持手段170は、連続する2個の基準フレームを保持可能なバッファメモリである。図9に示した各構成手段は、現実には情報処理機能を有する小型のコンピュータおよびその周辺機器等のハードウェアに専用のプログラムを搭載することにより実現される。特に、本発明の目的をより簡易に達成するためには、携帯型端末装置をハードウェアとして用いることが望ましい。
次に、図9に示した音響信号からの情報の抽出装置の処理動作について図10のフローチャートに従って説明する。まず、本装置では、平均符号レベルHL1〜HL8、位相判定テーブルS(p)、非符号カウンタNnを初期化する(S200)。これらについて説明する。平均符号レベルHL1〜HL8は、値1〜値8が埋め込まれていたと判断される音響フレーム(以下、有効フレームと呼ぶことにする)についての、上記〔数式21〕で算出される低周波成分の合算値EC1〜EC4を利用して得られるEC1+EC3、EC2+EC4、EC1+EC4、EC2+EC3、2・EC1、2・EC2、2・EC4、2・EC3それぞれの平均値、すなわち、過去の有効フレームにおけるこれらの値の平均値で与えられるものであり、初期値は、0.1に設定されている。位相判定テーブルS(p)は、位相を判定するためのテーブルであり、pは0〜5の整数値をとる。初期値はS(p)=0に設定されている。非符号カウンタNnは、信号レベルが低く、非符号(埋め込みエラーを示す情報)であると判断されるフレーム数のカウンタであり、初期状態では、Nn=0に設定される。
“状態1”であると判断し、値1を出力した場合、S(p)←S(p)+EC1+EC3
“状態2”であると判断し、値2を出力した場合、S(p)←S(p)+EC2+EC4
“状態3”であると判断し、値3を出力した場合、S(p)←S(p)+EC1+EC4
“状態4”であると判断し、値4を出力した場合、S(p)←S(p)+EC2+EC3
“状態5”であると判断し、値5を出力した場合、S(p)←S(p)+2・EC1
“状態6”であると判断し、値6を出力した場合、S(p)←S(p)+2・EC2
“状態7”であると判断し、値7を出力した場合、S(p)←S(p)+2・EC4
“状態8”であると判断し、値8を出力した場合、S(p)←S(p)+2・EC3
上記のように、抽出時には、埋め込み時に埋め込んだ音響フレームに対応して、音響信号を読み込むことができるとは限らない。そこで、音響フレームの位相をずらして複数通り(本実施形態では6通り)で読み込み、その中で最適な位相を決定し、その位相で特定される音響フレームに対応する符号を出力することにしている。例えば、6通りで読み込む場合、先頭の音響フレームは、本来サンプル番号1〜4096のサンプルであるが、サンプル番号1、683、1366、2049、2732、3413から始まる4096のサンプルで構成される6個の各音響フレームに対して処理を行い、最適な音響フレームに対応する符号を出力することになる。この位相補正処理は、S403、S409、S410、S411、S412における処理を中心として行われることになる。
信号レベルが小さい場合には、窓成分の強度の大小が判定できず、抽出側で誤判断することが多くなる。そこで、合算値EC1〜EC4が所定の閾値以下のフレームについては、無効なフレームであると判断するようにしているが、この際の閾値を過去の有効フレームについての低周波強度の積算値を利用して補正する処理を行っている。このように閾値を変動させることにより、信号レベルが変動しても無効なフレームであるか、有効なフレームであるかを正確に判断することが可能となる。この下限閾値補正処理は、S402、S203における処理を中心として行われることになる。
上記実施形態においては、埋め込み装置、抽出装置のいずれにおいても、左右のチャンネルを有するステレオ音響信号の左チャンネル信号に付加情報を埋め込む場合を例にとって説明したが、逆に右チャンネル信号に付加情報を埋め込むようにしても良い。本発明は、左右の特性には無関係だからである。また、1つのチャンネルしかないモノラル音響信号に対して処理を行う場合は、上記実施形態において、左チャンネル信号に対して行った処理を行うことになる。本発明は、1つのチャンネル信号に対して付加情報を埋め込み、また抽出を行うので、モノラル音響信号であってもステレオ音響信号であっても同様に行うことができる。
ここまで、説明してきた処理においては、上記E1〜E4が所定値より大きいことが必要となり、上記E1〜E4が所定値以下の場合には、情報の埋め込みを行うことができない。そこで、以下、上記E1〜E4が所定値以下であっても、信号の埋め込みを可能とする手法について説明する。
V={0.5・Lev/(2P−6)}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=Al(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4、m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=Al(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=Al(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=Al(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=Al(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=Al(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=Al(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
j=m〜m+P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=Al(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(3,j)=Al(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
Bl´(3,j)=Bl(3,j)・V/{Al(3,j)2+Bl(3,j)2}1/2
j=m+P〜m+2P−4の各成分に対して
Al´(1,j)=Al(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・V/{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}1/2
20・・・周波数変換手段
30・・・低周波成分変更手段
40・・・周波数逆変換手段
50・・・改変音響フレーム出力手段
60・・・記憶手段
61・・・音響信号記憶部
62・・・付加情報記憶部
63・・・改変音響信号記憶部
70・・・付加情報読込手段
100・・・音響信号入力手段
110・・・基準フレーム獲得手段
120・・・位相変更フレーム設定手段
130・・・周波数変換手段
140・・・符号判定パラメータ算出手段
150・・・符号出力手段
160・・・付加情報抽出手段
170・・・音響フレーム保持手段
Claims (10)
- 時系列のサンプル列で構成される音響信号に対して、付加情報を聴取不能な状態で埋め込む装置であって、
前記音響信号より、所定数のサンプルを音響フレームとして読み込む音響フレーム読込手段と、
前記音響フレームに対して第1窓関数、第2窓関数、第3窓関数を用いてそれぞれ周波数変換を行い、前記第1窓関数に対応するスペクトルである第1窓スペクトル、前記第2窓関数に対応するスペクトルである第2窓スペクトル、前記第3窓関数に対応するスペクトルである第3窓スペクトルを生成する周波数変換手段と、
前記生成された第1窓スペクトルから互いに重複しない2つの低周波数範囲のスペクトル集合SP1UとSP1Dを抽出するとともに、前記第3窓スペクトルから互いに重複しない2つの低周波数範囲のスペクトル集合SP3UとSP3Dを抽出し、前記埋め込むべき付加情報の情報配列および当該情報配列の付加情報内の1単位における位置に基づいて、SP1U、SP1D、SP3U、SP3Dの割合を変更すると共に、中央の第2窓関数に対応する低周波成分を除去する低周波成分変更手段と、
前記変更された低周波スペクトルを含む各窓スペクトルに対して周波数逆変換を行って、改変音響フレームを生成する周波数逆変換手段と、
前記生成された改変音響フレームを順次出力する改変音響フレーム出力手段と、
を有することを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。 - 請求項1において、
前記低周波成分変更手段は、所定の固定値Vを利用して、SP1U、SP1D、SP3U、SP3Dのいずれかに所定の強度を与えることにより、前記SP1U、SP1D、SP3U、SP3Dのスペクトル強度の割合を変更するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記音響フレーム読込手段は、先行する音響フレームと所定数のサンプルを重複させて読み込み、読み込んだ音響フレーム全体に所定の窓関数を乗じて前記周波数変換手段に渡すものであり、
前記改変音響フレーム出力手段は、前記生成された改変音響フレームを先行する改変音響フレームと連結させて出力するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかにおいて、
前記低周波成分変更手段は、前記低周波数範囲をF1以上およびF2以下に設定し、前記スペクトル集合SP1DおよびSP3Dの下限周波数はF1に一致させて設定し、前記スペクトル集合SP1DおよびSP3Dの上限周波数はSP1UおよびSP3Uの下限周波数より所定の幅だけ小さく設定し、前記SP1UおよびSP3Uの上限周波数はF2より所定の幅だけ小さく設定し、直流成分から前記SP1DおよびSP3Dの下限周波数までのギャップ領域をG1DおよびG3Dとし、SP1DおよびSP3Dの上限周波数とSP1UおよびSP3Uの下限周波数までのギャップ領域をG1MおよびG3Mとし、SP1UおよびSP3Uの上限周波数からF2までのギャップ領域をG1UおよびG3Uとするとき、前記全てのギャップ領域の成分を常に除去するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかにおいて、
前記低周波成分変更手段は、前記F1を150Hz、前記F2を400Hzに設定するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。 - 請求項1または請求項4において、
前記音響信号が左右2チャンネルの時系列のサンプル列で構成されるステレオ音響信号であって、
前記音響フレーム読込手段は、各チャンネルに対応する音響フレームをそれぞれ読み込み、
前記周波数変換手段は、各チャンネルの音響フレームに対して周波数変換を行い、各チャンネル別の第1窓スペクトル、第2窓スペクトル、第3窓スペクトルを生成するものであり、
前記低周波成分変更手段は、一方のチャンネルの窓スペクトルから抽出した所定の低周波数範囲に対応する各スペクトル集合に対して、前記埋め込むべき付加情報の情報配列および当該情報配列の付加情報内の1単位における位置に基づいて、SP1U、SP1D、SP3U、SP3Dの割合を変更するにあたり、SP1U、SP1D、SP3U、SP3Dのいずれかの成分を除去する際、前記一方のチャンネルにおいて行われた変更により除去された成分を補足するよう他方のチャンネルの前記スペクトル集合間の割合を変更するものであり、
前記周波数逆変換手段は、各チャンネルについて、変更されたスペクトル集合を含むフレームスペクトルに対して周波数逆変換を行って改変音響フレームを生成し、前記改変音響フレーム出力手段は、各チャンネルについて、生成された改変音響フレームを順次出力するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。 - コンピュータを、請求項1から請求項6のいずれかに記載の音響信号に対する情報の埋め込み装置として、機能させるためのプログラム。
- 音響信号から、あらかじめ聴取不能な状態で埋め込まれた付加情報を抽出する装置であって、
前記音響信号の所定区間をデジタル化して、所定数のサンプルで構成される音響フレームを獲得する音響フレーム獲得手段と、
前記音響フレームに対して第1窓関数、第3窓関数を用いてそれぞれ周波数変換を行い、前記第1窓関数に対応するスペクトルである第1窓スペクトル、前記第3窓関数に対応するスペクトルである第3窓スペクトルを生成する周波数変換手段と、
前記生成された第1窓スペクトルから互いに重複しない2つの低周波数範囲のスペクトル集合SP1UとSP1Dを抽出するとともに、前記第3窓スペクトルから互いに重複しない2つの低周波数範囲のスペクトル集合SP3UとSP3Dを抽出し、4種類のスペクトル集合SP1U、SP1D、SP3U、SP3Dのスペクトル強度を算出し、その各スペクトル強度の大きさおよび2種類のスペクトル強度の大小関係に基づいて、埋め込まれていた付加情報の情報配列および当該情報配列の付加情報内の1単位における位置を示す所定の符号を出力する符号化手段と、
前記出力された符号に対応する情報配列を、所定の規則により変換して付加情報を抽出する付加情報抽出手段と、
を有することを特徴とする音響信号からの情報の抽出装置。 - 請求項8において、
前記音響フレーム獲得手段は、前記音響信号から、所定数のサンプルで構成される音響フレームを基準フレームとして獲得する基準フレーム獲得手段と、前記基準フレームと所定サンプルずつ移動させることにより位相を変更して設定される複数の音響フレームを位相変更フレームとして設定する位相変更フレーム設定手段により構成され、
前記符号化手段は、前記抽出したスペクトル集合に基づいて、符号判定パラメータを算出する符号判定パラメータ算出手段と、基準フレームが異なる過去の同位相の音響フレームにおいて算出された符号判定パラメータに基づいて、前記基準フレームおよび複数の位相変更フレームのうち1つの音響フレームを位相が最適なものであると判断し、当該最適な位相の音響フレームについて判断された前記符号判定パラメータに基づいて、所定の符号を出力する符号出力手段を有するものであることを特徴とする音響信号からの情報の抽出装置。 - コンピュータを、請求項8または請求項9に記載の音響信号からの情報の抽出装置として、機能させるためのプログラム。
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