JP2009128590A - 同報音を用いた情報伝達方法および情報伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動音源である緊急自動車の同報音である電子サイレン音などに、別の情報を埋め込み、情報復調装置で復調する。その際に、ドプラ効果の影響を受けない情報伝達方法とする。
【解決手段】同報音が繰り返し音のとき、まず、伝達しようとするデジタル信号に従って、同報音を構成する要素音の長さを変化させる、又は、同報音に含ませる低調波や高調波成分として倍音を断続して変化させることで、同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成し、基本音と共に拡声器で放送する。受信者は、基本音と変調同報音を受信して、上記変調同報音から、長さや周波数の変化した要素音信号とその対の音信号を抽出する。この抽出で、周波数比はドプラ効果の影響を受けないことを利用する。抽出した音信号の長さや、スペクトルにおける倍音の有無から、伝達されたデジタル信号を復調する。
【選択図】図１

Description

この発明は、移動音源である緊急自動車の電子サイレン音などの公共的に同報している警報音そのものに、緊急要件に関連する別の情報を共に埋め込み、情報復調装置を持つ者には情報を復調できるようにした、同報音を用いた情報伝達方法および情報伝達装置に関するものである。

本発明は、大枠では従来から研究されている「インフォメーションハイディング」技術の一つと考えることができる。その中でも、聴感音質を維持する範囲の信号の劣化があってもなお埋め込んだ情報が残ることが要求される「音信号電子透かし」と似た技術となる。

しかし、本発明では、音質よりもむしろ意味を重要とする警報音などを対象としており、音信号電子透かしが想定する劣化環境よりさらに劣悪な状況で音質が劣化したとしてもなお、埋め込んだ情報が消えないことが求められる。また、本発明では、救急サイレンのような極単純な記号音を対象としており、これらの信号は音響的な特性が極めて貧弱である。理想の伝送可能情報量を実現できないため、従来の音電子透かしでは対象としていない。

また、ＵＲＬやテキストなどのデータを、音楽や音声などのオーディオ信号に乗せて送信し、携帯電話端末で受信することを可能とする音響ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交波周波数分割多重）技術が知られている。これは、放送あるいは電話での音声信号に重畳するものであり、例えば、放送する音信号の殆どの基本周波数が集中する低周波数成分だけを本来の状態で残し、高周波数成分については情報を拡散信号で処理して置換する（ただし包絡は元のもの）ものである。しかし、この音響ＯＦＤＭ技術は、移動音源からの音にデータを載せて送受信する技術ではない。

また、時系列のサンプル列で構成される音響信号に対して、属性情報を聴取不能な状態で埋め込む装置が、特許文献１に開示されている。これは、音響信号について、周波数変換し、低周波成分を抽出し、低周波成分に埋め込みを行い、高周波成分と統合して周波数逆変換を行うもので、大容量の属性情報を不可聴な電子透かしとして埋め込み、埋め込まれた属性情報を再生されている音響信号から抽出するものである。しかし、この開示は、周波数変換し低周波成分と高周波成分とに分離して処理する点において、本願発明とは異なっている。

また、音響信号を帯域通過フィルタ群によって帯域分割したときの帯域通過信号に振幅変調を与えその連続的な変化の中に前記電子透かし情報を埋め込む手段が、特許文献２に開示されている。これは、電子透かしを埋め込む前の原信号を必ずしも必要とせず、音質劣化が知覚されにくく、残響あるいは雑音の付加あるいは非可逆音響情報圧縮を経ても透かし情報の検出率が高く、第三者に透かしの存在を検知されにくい安全性の高い電子透かし情報を埋め込むことを目的としたものである。しかし、この開示は、音響信号を帯域通過フィルタ群によって帯域分割したときの帯域通過信号に振幅変調を与えその連続的な変化の中に前記電子透かし情報を埋め込む点において、本願発明とは異なっている。

本発明は、上記のように、移動音源を対象にしたものである。一般に、移動音源からの音を用いる場合には、特に移動音源を送受音する際のドプラ効果、また、受信地点の雑音や他の音との干渉、空気伝搬中のフェージング、壁や地面による反射によるエコー、などへの耐性を考慮しなければならない。
特開２００６−２０１５２７号公報 特開２００６−２５１６７６号公報

本発明は、移動音源である緊急自動車の電子サイレン音などに緊急要件に関連する別の情報を共に埋め込み、情報復調装置を持つ者が情報を復調するという、同報音を用いた情報伝達において、特に、移動音源を送受音する際のドプラ効果の影響を克服するものである。

この発明によれば、情報を埋め込んだ同報音の持続時間や周波数がドプラ効果によって変化した場合でも、埋め込まれた情報を復調することができる。

本発明は、移動音源からの同報音を用いて公衆にデジタル信号を伝達する装置である。上記同報音は、複数の異なる要素音が周期的順序で配置された音であり、上記要素音のいずれかの属性を変化させた複数（ｎ）の別状態を生成し、これら複数の状態をｎ値デジタル信号に対応するｎ状態とする。このとき本発明は、１）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を該デジタル信号に対応する状態に変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成する変調同報音信号生成手段と、
２）上記変調同報音を放送する放送手段と、
３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号と該要素音信号に重畳された変調同報音信号を抽出する変調同報音信号抽出手段と、
５）上記４）で抽出した変調同報音信号の属性を計測して、伝達されたデジタル信号を復調する復調手段と、を備えるものである。

また、本発明は、上記の特徴に加えて、上記同報音は、２つの異なる第1要素音と第２要素音とが交互に配置され周期的に繰り返す音であり、第１要素音については、その継続時間を予め決められた正または負の時間Ｔ₁₁長くした第１状態と、予め決められた正または負の時間Ｔ₁₂長くした第２状態と、一般に予め決められた正または負の時間Ｔ_1n長くした第ｎ状態までの、第１状態から第ｎ状態までのデジタル信号のｎ状態とし、第２要素音については、その継続時間を予め決められた正または負の時間Ｔ₂₁長くした第１状態と、予め決められた正または負の時間Ｔ₂₂長くした第２状態と、一般に予め決められた正または負の時間Ｔ_2n長くした第ｎ状態までの、第１状態から第ｎ状態までのデジタル信号のｎ状態とするとき、
１）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記同報音の第1要素音と第２要素音のそれぞれの継続時間を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成する変調同報音信号生成手段と、
２）上記変調同報音を放送する放送手段と
３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
４）上記変調同報音から周波数の変化した第１要素音信号と第２要素音信号を抽出する変調同報音信号抽出手段と、
５）上記４）で抽出した第１要素音信号の信号長と第２要素音信号の信号長を計測して、伝達されたデジタル信号を復調する復調手段と、
を備えるものである。

また、上記の特徴に加えて、上記同報音は、複数の異なる要素音が周期的順序で配置された音であり、
上記要素音のいずれかの低調波または高調波に相当する複数（ｎ）の倍音を、上記要素音の属性を変化させた複数（ｎ）の別状態とし、これら複数の状をｎ値デジタル信号に対応するｎ状態とするとき、本発明は、
１）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成する変調同報音信号生成手段と、
２）上記変調同報音を放送する放送手段と、
３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出する倍音信号抽出手段と、
５）抽出した倍音信号の構成から、伝達されたデジタル信号を復調する復調手段と、を備えるものである。

また、本発明は、上記の特徴の他に、
１）伝達しようとするデジタル信号を１ビットずつ予め決められた擬似ランダム信号を用いてスペクトラム拡散信号を生成する拡散信生成手段と、
２）該スペクトラム拡散信号を基に倍音生成の倍数列を決定し、上記同報音の該倍数列の倍音列を上記同報音に重畳した変調同報音を生成する変調同報音信号生成手段と、
３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出するステップと、
５）伝達されたデジタル信号を復調する際に、抽出された上記倍音信号から、倍数列を読取り、該倍数列と倍数擬似ランダム信号との内積をとって上記拡散信号を逆拡散して、上記拡散信号から上記デジタル信号を復調する復調手段と、
を備える同報音を用いた情報伝達装置である。

本発明の同報音を用いた情報伝達方法は、移動音源からの同報音を用いて公衆にデジタル信号を伝達する方法である。ただし、上記同報音は、複数の異なる要素音が周期的順序で配置された音であり、上記要素音のいずれかの属性を変化させた複数（ｎ）の別状態を生成し、これら複数の状態をｎ値デジタル信号に対応するｎ状態とする。より具体的には、次のステップを含むものである。
１）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成するステップ。
２）上記変調同報音を放送するステップ。
３）受信者が、上記変調同報音を受信するステップ。
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号と該要素音信号に重畳された変調同報音信号を抽出するステップ。
５）上記４）で抽出した音信号の属性を計測して、伝達されたデジタル信号を復調するステップ。

また、上記の同報音を用いた情報伝達方法であって、特に、上記同報音は、２つの異なる第1要素音と第２要素音とが交互に配置され周期的に繰り返す音であるとき、以下のステップを含む処理を行なっても良い。ただし、第１要素音については、その継続時間を予め決められた正または負の時間Ｔ₁₁長くした第１状態と、予め決められた正または負の時間Ｔ₁₂長くした第２状態と、一般に予め決められた正または負の時間Ｔ_1n長くした第ｎ状態までの、第１状態から第ｎ状態までのデジタル信号のｎ状態とし、第２要素音については、その継続時間を予め決められた正または負の時間Ｔ₂₁長くした第１状態と、予め決められた正または負の時間Ｔ₂₂長くした第２状態と、一般に予め決められた正または負の時間Ｔ_2n長くした第ｎ状態までの、第１状態から第ｎ状態までのデジタル信号のｎ状態とする。
１）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記同報音の第1要素音と第２要素音のそれぞれの継続時間を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成するステップ。
２）上記変調同報音を放送するステップ。
３）受信者が、上記変調同報音を受信するステップ。
４）上記変調同報音から周波数の変化した第１要素音信号と第２要素音信号を抽出するステップ。
５）上記４）で抽出した第１要素音信号の信号長と第２要素音信号の継続信号長を計測して、伝達されたデジタル信号を復調するステップ。

また、上記の同報音を用いた情報伝達方法であって、上記同報音は、複数の異なる要素音が周期的順序で配置された音であり、上記要素音のいずれかの低調波または高調波に相当する複数（ｎ）の倍音を、上記要素音の属性を変化させた複数（ｎ）の別状態とし、これら複数の状をｎ値デジタル信号に対応するｎ状態とするとき、以下のステップを含む処理を行なってもよい。
１）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成するステップ。
２）上記変調同報音を放送するステップ。
３）受信者が、上記変調同報音を受信するステップと。
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその対の音信号を抽出するステップ。
５）抽出した音信号の属性を計測して、伝達されたデジタル信号を復調するステップ。

また、上記の同報音を用いた情報伝達方法において、
１）伝達しようとするデジタル信号を１ビッドずつ予め決められた擬似ランダム信号を用いてスペクトラム拡散信号を生成するステップと、
２）該スペクトラム拡散信号を基に倍音生成の倍数列を決定し、上記同報音の該倍数列の倍音列を上記同報音に重畳した変調同報音を生成するステップと、
３）上記変調同報音を受信するステップと、
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出するステップと、
５）伝達されたデジタル信号を復調する際には、抽出された上記倍音信号から、上記倍数列を読取り、倍数擬似ランダム信号との内積をとって上記拡散信号を逆拡散して、上記拡散信号から上記デジタル信号を復調するするステップと、
を行なう、ことでエラー率を抑制した情報伝達を行なうことができる。

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。

例えば、救急車のサイレン音は、図１（ａ）に示す様に、周期的に入れ替わる２つの正弦波様の信号である。これは基本的に、７７０Ｈｚの０．６５秒の正弦波様の信号と９６０Ｈｚの０．６５秒の正弦波様の信号で構成されている。この持続時間と基本周波数は標準であるが、法律で厳密に指定されたものでないのでデータの埋め込みの余地がある。

ここでは、２種類の正弦波様の信号の持続時間を変えることでメッセージをサイレン音に埋め込む例を示す。例えば、図１（ｂ）に示す様に、持続時間を０．６５秒から、０．５５秒に変えることによってビット‘１’を、０．７５秒に変えることによってビット‘０’を埋め込むことが出来る。例えば、メッセージ‘００１’を送るためには、まず０．５５秒間７７０Ｈｚ、次に、０．５５秒間９６０Ｈｚ、そして、０．７５秒間７７０Hzの正弦波様信号とする。この場合、メッセージビット伝送速度はおよそ１．５ｂｐｓになる。

図２（ａ）は、このための送信部の構成例を示す。発振部１と２で、それぞれ７７０Ｈｚの信号と、９６０Ｈｚの信号を生成する。これらの信号を切換制御部５からの制御で、スイッチ３と４の断続制御を行い、合成部６で合成して図１（ｂ）に示す信号を生成し、増幅部７で増幅の後、拡声器８で放送する。

また、図２（ｂ）は、受信機を示すブロック図である。マイクロフォン９で、上記の放送を受信し、フーリエ変換部１０で周波数分析を時々刻々行なう。スペクトルに分解されたデータは同報音探索部１１aで同報音を探索し継続時間を計測する。ここで得られたデータは、復調部１２aでデジタルデータに復調する。

ここで、同報音探索部１１aは、図３の相関部２０と時間測定部２３とを合わせたものである。また、復調部１２aは、信号判定部２５に相当する。相関部２０では、入力信号と７７０Ｈｚ音および９６０Ｈｚ音と相関を調べて、音の変り目の通知信号を生成する。

受信機は、メッセージを抽出するために、周波数が変化するポイントを検出して、そのポイント間の時間を測定する。しかし、受信機側でのその周波数成分はドップラーの効果によってずれる場合がある。また、上記のポイント間の時間も、送信時のものからずれている場合がある。よく知られているように、これらのずれ、つまり伸縮率は、図３の伸縮量推定部２４で容易に見積もることができる。継続時間Ｔの測定値をこの伸縮率で逆算して補正する。この補正の後、信号判定部２５で判定する。

また、測定値の補正を行なわずに、伸縮量推定部２４で得られた伸縮率を用いて、信号判定部２５の判定基準を変更してもよい。

また、救急車が最大８０ｋｍ／ｈで、受信機に近づいている（あるいは遠ざかっている）と仮定すると、ピッチシフトは±１７％内に入り、持続時間変化は1秒の持続時間に付き±０．０５秒内に入る。したがって、信号判定部２５がそれらを区別することができるようにするために、‘０’、‘１’を示す持続時間に０．１秒の違いが出るようにしている。この例を図３に示す。

つまり、上記では、７７０Ｈｚの音の継続時間を０．１秒短くし、あるいは、９６０Ｈｚの音の継続時間を０．１秒短くした状態を第１状態とし、７７０Ｈｚの音の継続時間を予め決められた０．１秒長くし、あるいは、９６０Ｈｚの音の継続時間を０．１秒長くした第２状態と、で、デジタル信号の２状態としている。

例えば、‘００１’を送るためには、
１）まず７７０Ｈｚで０．５５秒間、次に、９６０Ｈｚで０．５５秒間、そして、７７０Ｈｚで０．７５秒間の変調同報音とする。
２）次に、上記変調同報音を放送する。
３）受信者は、上記変調同報音を受信する。
４）上記変調同報音から周波数の変化した第１要素音信号と第２要素音信号を抽出する。
５）上記第１要素音信号の信号長と第２要素音信号の継続信号長を計測して、伝達されたデジタル信号を復調する。
上記の４）、５）においては、周波数の変化や信号音の継続長の変化はドプラ効果によるものとし、例えば、図３の装置で信号抽出を行なう。つまり、
イ．受音した音（部分）が２種のどちらの音に近いかを相互相関により検出する。
ロ．実際に受音した音の基本周波数と、送信した基本周波数との関係から、伝送に受けたドップラー効果を推定する。
ハ．前回の検出時と音が変わった時点で継続時間を算出する。
ニ．上記ロのステップで推定したドップラー効果による信号の伸縮を、上記ハで得た継続時間からキャンセルすることにより、ドップラー効果の影響を減じた上で、‘０’、‘１’、「埋め込み無し」、「検出失敗」の４状態に復調する。

次に、倍音を用いる例を示す。これは、図４に示す様に、倍音の周波数と基本周波数の比がドプラ効果を受けても変わらないという点に着目したものである。

例えば、上記と同様に救急車のサイレン音を例にすると、
図５の信号系列１のように、０．６５秒の７７０Ｈｚ音に２倍音の１５４０Ｈｚ音を加えた音の場合を‘０’とし、あるいは図には示していないが、０．６５秒の９６０Ｈｚ音に２倍音の１９２０Ｈｚ音を加えた音の場合を‘０’とし、
また、図５の信号系列２（または３）のように０．６５秒の９６０（または７７０）Ｈｚ音に２倍音の１９２０（または１５４０）Ｈｚ音と４倍音の３８４０（または３０８０）Ｈｚ音を加えた音を‘１’とする。

上記の信号抽出においては、周波数比はドプラ効果による影響を受けないことを用いることができる。例えば、基本波とその倍音（ここでは、１／２倍、２倍、４倍、８倍）の組み合わせである図４（ａ）や（ｂ）がドプラ効果によるシフトを受けると、対数グラフで見た場合、図４（ａ′）や（ｂ′）に平行移動するだけである。これは、基本波同士についても言える。つまり、周波数分析を行って、そのスペクトルの一対のピークについて、７７０Ｈｚと９６０Ｈｚとの比に等しくないものを除外することができる。通常は、基本波の強度が最大であるため、基本波の周波数や継続長の計測値をもとに倍音を探索することが望ましい。

この場合に‘００１’を送るためには、次のようにする。
１）０．６５秒の７７０Ｈｚ音（図５信号系列１）に１５４０Ｈｚ音を加えた音、０．６５秒の９６０Ｈｚ音（図５信号系列２）に３８４０Ｈｚ音を加えた音、０．６５秒の７７０Ｈｚ音に３０８０Ｈｚ音を加えた音、が継続する変調同報音信号を生成する。
２）上記変調同報音を放送する。
３）受信者は、上記変調同報音を受信する。
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号を抽出し、その倍音信号の存在する周波数帯域のみを観察することで、倍音信号の構成を検出する。
５）抽出した倍音信号の構成から、伝達されたデジタル信号を復調する。
上記の４）５）の抽出の際には、まず受音した信号を周波数分析にかけ、基本周波数であるｍ×ｆ₀を同定する。ｆ₀は７７０Ｈｚまたは９６０Ｈｚ、ｍはドプラ効果による伸縮係数である。次にｍ×ｆ₀の２倍音、４倍音成分の有無を調べ、埋め込まれた情報を得る。

ｍ×ｆ₀の同定においても、７７０Ｈｚと９６０Ｈｚとの比がドプラ効果による影響を受けないことを用いることができる。つまり、周波数分析によるスペクトルの一対のピークについて、７７０Ｈｚと９６０Ｈｚとの比に等しくないものは除外することができる。

倍音を用いる上記の例では、１つの倍音を用いた場合であるが、複数の倍音を用いることによって、ブロック化することができる。０．６５秒の７７０Ｈｚ音に対して、２倍音の１５４０Ｈｚ音、４倍音の３０８０Ｈｚ音、８倍音の６１６０Ｈｚ音のそれぞれの有／無で、１／0を表す。同様に、０．６５秒の９６０Ｈｚ音に対して、２倍音の１９２０Ｈｚ音、４倍音の３８４０Ｈｚ音、８倍音の７６８０Ｈｚ音のそれぞれの有／無で、１／０を表す。

ここで、倍音の有無とデジタル信号としての‘０’、‘１’との関連づけは、任意であるが、この場合に‘００１、１１０’を送るためには、例えば、次のようにする。
１）０．６５秒の、７７０Ｈｚ音と６１６０Ｈｚ音を加えた音（図６信号系列１）、と、
０．６５秒の、９６０Ｈｚ音と１９２０ＨｚＨｚ音と３８４０Ｈｚ音とを加えた音（図６信号系列２）と、
が継続する変調同報音信号を生成する。
２）上記変調同報音を放送する。
３）受信者は、上記変調同報音を受信する。
４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出する。
５）抽出した倍音信号の構成から、伝達されたデジタル信号を復調する。
上記の４）、５）の抽出の際には、まず受音した信号を周波数分析にかけ、基本周波数であるｍ×ｆ₀を同定する。ｍは、ドプラ効果による伸縮係数である。次にｍ×ｆ₀のｎ倍音における成分の強さを各々調べ、最も強い成分を情報重畳で加えられたｋ×ｍ×ｆ₀と推定し、ｍ×ｆ₀との比（＝ｋ）、すなわち埋め込まれた情報を得る。

図７に、上記の処理を実施するための構成を示す。図７（ａ）は、送信機を示すブロック図で。７７０Ｈｚとその倍音（ここでは、１／２倍、２倍、４倍、８倍）の信号を発振部１aから１ｅで発生し、これを、切換制御部５ｂからの制御信号に従ってスイッチ３aから３ｅで断続する。また、同様に９６０Ｈｚとその倍音（ここでは、１／２倍、２倍、４倍、８倍）の信号を発振部２aから２ｅで発生し、これを、切換制御部５ｂからの制御信号に従ってスイッチ４aから４ｅで断続する。これらの信号を合成部６ｂで合成して図６に示す信号を生成し、増幅部７で増幅の後、拡声器７で放送する。

また、図７（ｂ）は、受信機を示すブロック図である。マイクロフォン９で、上記の放送を受信し、周波数解析部１０で周波数分析を時々刻々行ない最大パワー成分の探索を行なう。スペクトルに分解されたデータは倍音成分判定部１１ｂで各倍音成分の有無を判定し、必要に応じて継続時間を計測する。ここで得られたデータは、復調部１２ｂでデジタルデータに復調する。

上記の場合の多ビットを１ビットの伝送に用いることによって、より環境の変動に強い伝送できることは明らかである。この場合は、例えば、図８のブロック図に従って、次の処理を行なう。ここで、例えば、通常の電子サイレンである発振部３０としては、例えば、上記の７７０Ｈｚと９６０Ｈｚの音を発するサイレンである。
１）伝達しようとするデジタル信号のメッセージを入力部３８から入力し、乗算を容易に行なえるようにするため、変換器３９で、デジタル信号を、‘０、１’から、‘−１、＋１’に変換する。同様に、擬似ランダム信号発生部３７からのデジタル信号を、変換器４０で‘−１、＋１’の並びに変換する。変換器３９と変換器４０からの信号を乗算部３６で乗じることで拡散する。拡散された信号を乗数生成部４１の多値化部３５で多値化する。２値のデジタル信号とする場合は、‘−１、＋１’の並びを‘０、１’の並びに変換する。次に、倍音化部３４において多値化されたデジタル信号に対応する倍音を生成する倍率を決定する。ここでは、高調波側に倍音に加えて低調波側の倍音を用いている。例えば、擬似ランダム信号‘−１’、‘１’、｀−１’・・・に対応する倍音生成乗数は、２^-1、２⁺¹、２^-1、・・・である．
２）上記の倍音生成乗数と発振部３０からの基本周波数を乗算部３３で乗じて、信号発生部３２が生成する信号の周波数を決定する。信号発生部３２の出力は、発振部３０からの信号と合成部３１で合成し情報の重畳されたサイレン信号を出力部３７から出力する。
３）受信側では、図９に示す様に、入力部５０からサイレン音を入力して、信号検出部５２で基本周波数成分の検出を行なう。得られた基本周波数を用いて、倍音検出部５３で付加された各倍音成分の有無の判定を行なう。この様に評価した２進符号を復調部５４で復調し、逆拡散処理部５５で逆拡散処理を行ない、出力部５６から復調したメッセージを得る。

上記の説明に於いては、移動音源に電子発音装置を想定したが、他の同報装置を音源として用いることもできる。例えば、機械式の同報装置の音を入力して、上記の実施例に示す様に倍音を生成し、上記機械式の同報装置の直近で、しかも入力した同報音に同期するように、生成した倍音を放送することで、上記の電子サイレン音と同様な音とすることができる。この際、入力した同報音として、サンプリングして保存しておいた音を使うこともできる。

（ａ）は、救急車のサイレン音を示し、（ｂ）は、本発明の伝達信号を示す図である。 本発明で用いる送信機と受信機の例を示す図である。 受信機における同報音探索部と復調部を示す図である。 周波数比はドプラ効果による影響を受けないことを示す図である。 １つの倍音を用いるサイレン用の信号例を示す図である。 複数の倍音を用いるサイレン用の信号例を示す図である。 複数の倍音を用いる場合の送信機と受信機の構成例を示すブロック図である。 デジタル信号を擬似ランダム信号で拡散する例を示す図である。 擬似ランダム信号で拡散した信号用の受信機の構成を示す図である。

符号の説明

１、１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ 発振部
２、２a、２ｂ、２ｃ、２ｄ 発振部
３、３a、３ｂ、３ｃ、３ｄ スイッチ
４、４a、４ｂ、４ｃ、４ｄ スイッチ
５a、５ｂ 切換制御部
６a、６ｂ 合成部
７ 増幅部
８ 拡声器
９ マイクロフォン
１０ フーリエ変換部
１１a 同報音探索部
１１ｂ 倍音成分判定部
１２a、１２ｂ 復調部
２０ 相関部
２１、２２ 相関計算部
２３ 時間測定部
２４ 伸縮量推定部
２５ 信号判定部
３０ 発振部
３１ 合成部
３２ 信号発生部
３３ 乗算部
３４ 倍音化部
３５ 多値化部
３６ 乗算部
３７ 擬似ランダム信号発生部
３８ 入力部
３９、４０ 変換部
４１ 乗数生成部
４２ 出力部
５０ 入力部
５２ 信号検出部
５３ 倍音検出部
５４ 復調部
５５ 逆拡散処理部
５６ 出力部

Claims (8)

1. 移動音源からの同報音を用いて公衆にデジタル信号を伝達する装置であって、
   上記同報音は、複数の異なる要素音が周期的順序で配置された音であり、
   上記要素音のいずれかの属性を変化させた複数（ｎ）の別状態を生成し、これら複数の状態をｎ値デジタル信号に対応するｎ状態とし、
   １）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を該デジタル信号に対応する状態に変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成する変調同報音信号生成手段と、
   ２）上記変調同報音を放送する放送手段と、
   ３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号と該要素音信号に重畳された変調同報音信号を抽出する変調同報音信号抽出手段と、
   ５）上記４）で抽出した変調同報音信号の属性を計測して、伝達されたデジタル信号を復調する復調手段と、
   を備えることを特徴とする同報音を用いた情報伝達装置。
2. 請求項１に記載の同報音を用いた情報伝達装置であって、
   上記同報音は、２つの異なる第1要素音と第２要素音とが交互に配置され周期的に繰り返す音であり、
   第１要素音については、その継続時間を予め決められた正または負の時間Ｔ₁₁長くした第１状態と、予め決められた正または負の時間Ｔ₁₂長くした第２状態と、一般に予め決められた正または負の時間Ｔ_1n長くした第ｎ状態までの、第１状態から第ｎ状態までのデジタル信号のｎ状態とし、
   第２要素音については、その継続時間を予め決められた正または負の時間Ｔ₂₁長くした第１状態と、予め決められた正または負の時間Ｔ₂₂長くした第２状態と、一般に予め決められた正または負の時間Ｔ_2n長くした第ｎ状態までの、第１状態から第ｎ状態までのデジタル信号のｎ状態とし、
   １）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記同報音の第1要素音と第２要素音のそれぞれの継続時間を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成する変調同報音信号生成手段と、
   ２）上記変調同報音を放送する放送手段と
   ３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した第１要素音信号と第２要素音信号を抽出する変調同報音信号抽出手段と、
   ５）上記４）で抽出した第１要素音信号の信号長と第２要素音信号の信号長を計測して、伝達されたデジタル信号を復調する復調手段と、
   を備えることを特徴とする同報音を用いた情報伝達装置。
3. 請求項１に記載の同報音を用いた情報伝達装置であって、
   上記同報音は、複数の異なる要素音が周期的順序で配置された音であり、
   上記要素音のいずれかの低調波または高調波に相当する複数（ｎ）の倍音を、上記要素音の属性を変化させた複数（ｎ）の別状態とし、これら複数の状をｎ値デジタル信号に対応するｎ状態とし、
   １）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成する変調同報音信号生成手段と、
   ２）上記変調同報音を放送する放送手段と、
   ３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出する倍音信号抽出手段と、
   ５）抽出した倍音信号の構成から、伝達されたデジタル信号を復調する復調手段と、
   を備えることを特徴とする同報音を用いた情報伝達装置。
4. 請求項３に記載の同報音を用いた情報伝達装置であって、
   １）伝達しようとするデジタル信号を１ビッドずつ予め決められた擬似ランダム信号を用いてスペクトラム拡散信号を生成する拡散信生成手段と、
   ２）該スペクトラム拡散信号を基に倍音生成の倍数列を決定し、上記同報音の該倍数列の倍音列を上記同報音に重畳した変調同報音を生成する変調同報音信号生成手段と、
   ３）上記変調同報音を受信する受信手段と、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出するステップと、
   ５）伝達されたデジタル信号を復調する際に、抽出された上記倍音信号から、倍数列を読取り、該倍数列と倍数擬似ランダム信号との内積をとって上記拡散信号を逆拡散して、拡散信号から上記デジタル信号を復調する復調手段と、
   を備えることを特徴とする同報音を用いた情報伝達装置。
5. 請求項１に記載の情報伝達装置を用いて移動音源からの同報音を用いて公衆にデジタル信号を伝達する方法であって、
   １）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を該デジタル信号に対応する状態に変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成するステップと、
   ２）上記変調同報音を放送するステップと
   ３）上記変調同報音を受信するステップと、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号と該要素音信号に重畳された変調同報音信号を抽出するステップと、
   ５）上記４）で抽出した変調同報音信号の属性を計測して、伝達されたデジタル信号を復調するステップと、
   を含むことを特徴とする同報音を用いた情報伝達方法。
6. 請求項２に記載の情報伝達装置を用いた情報伝達方法であって、
   １）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記同報音の第1要素音と第２要素音のそれぞれの継続時間を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成するステップと、
   ２）上記変調同報音を放送するステップと、
   ３）上記変調同報音を受信するステップと、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した第１要素音信号と第２要素音信号を抽出するステップと、
   ５）上記４）で抽出した第１要素音信号の信号長と第２要素音信号の信号長を計測して、伝達されたデジタル信号を復調するステップと、
   を含むことを特徴とする同報音を用いた情報伝達方法。
7. 請求項３に記載の情報伝達装置を用いた情報伝達方法であって、
   １）伝達しようとするデジタル信号に従って、上記要素音を変化させ、上記同報音にデジタル信号が重畳した変調同報音信号を生成するステップと、
   ２）上記変調同報音を放送するステップと、
   ３）上記変調同報音を受信するステップと、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出するステップと、
   ５）抽出した倍音信号の構成から、伝達されたデジタル信号を復調するステップと、
   を含むことを特徴とする同報音を用いた情報伝達方法。
8. 請求項４に記載の情報伝達装置を用いた情報伝達方法であって、
   １）伝達しようとするデジタル信号を１ビッドずつ予め決められた擬似ランダム信号を用いてスペクトラム拡散信号を生成するステップと、
   ２）該スペクトラム拡散信号を基に倍音生成の倍数列を決定し、上記同報音の該倍数列の倍音列を上記同報音に重畳した変調同報音を生成するステップと、
   ３）上記変調同報音を受信するステップと、
   ４）上記変調同報音から周波数の変化した要素音信号とその倍音信号を抽出するステップと、
   ５）伝達されたデジタル信号を復調する際には、抽出された上記倍音信号から、上記倍数列を読取り、倍数擬似ランダム信号との内積をとって上記拡散信号を逆拡散して、上記拡散信号から上記デジタル信号を復調するするステップと、
   を含むことを特徴とする同報音を用いた情報伝達方法。