JP2014022894A - 振幅変調信号送信装置及び振幅変調信号受信装置、並びに振幅変調信号送信方法及び振幅変調信号受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音源信号とは別の情報を当該音源信号と併せて伝送することができる振幅変調信号送信装置及び振幅変調信号受信装置、並びに振幅変調信号送信方法及び振幅変調信号受信方法を提供する。
【解決手段】
ＡＭ送信機１は、伝送対象の音源信号を位相変調することによって、透かし情報を音源信号に埋め込む透かし情報埋込部１０と、透かし情報が埋め込まれた音源信号を振幅変調することにより振幅変調信号を生成する振幅変調信号生成部１１と、その振幅変調信号を送信する送信部１２とを備えている。他方、ＡＭ受信機２は、ＡＭ送信機１から送信された振幅変調信号を受信する受信部２０と、その受信した振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得する振幅復調部２１と、取得した音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出する透かし情報検出部２２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＭラジオ等で用いられる振幅変調信号の送受信を行う振幅変調信号送信装置及び振幅変調信号受信装置、並びに振幅変調信号送信方法及び振幅変調信号受信方法に関する。

例えば地震等の災害時においては、緊急情報を如何にして多くの人に知らせるかが問題となる。近年では携帯電話機が普及しているため、携帯電話機を用いて緊急情報を知らせることが考えられるが、災害時では電力供給ができないこと等に起因して携帯電話機の中継局が機能しない等の事態が起こり得るので、緊急情報の伝達手段として携帯電話機が優れているとは言い難い。そこで、災害時の情報源として、ラジオ放送が注目されている。

ＦＭ（周波数変調）ラジオ放送の場合、伝送チャンネル内の隙間を利用することにより、主番組とは別の情報を当該主番組と併せて伝送するＦＭ多重放送が実現されている（特許文献１を参照）。このＦＭ多重放送において、災害に関する一般的な情報を主番組とし、個別の詳細な情報及び安否情報等を別の文字情報等として併せて伝送することにより、災害時の重要な情報源となり得る。

特開平３−６９２６号公報

ところで、安価且つコンパクトであり、しかも省電力のラジオとして、ＡＭ（振幅変調）ラジオ受信機が広く普及している。ＡＭラジオ受信機の場合、乾電池等を用いることによって停電時にも利用することが可能である等、災害時の情報源として非常に適している。しかしながら、振幅変調方式の場合、周波数変調方式と異なり、伝送チャンネル内の隙間を有していないため、これを利用することにより文字情報等を主番組と併せて伝送することは不可能である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、情報ハイディング技術を用いることにより、伝送対象の音源信号とは別の情報を当該音源信号と併せて送受信することができる振幅変調信号送信装置及び振幅変調信号受信装置、並びに振幅変調信号送信方法及び振幅変調信号受信方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の振幅変調信号送信装置は、伝送対象の音源信号を位相変調することによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込む透かし情報埋込手段と、前記透かし情報埋め込み手段によって前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を振幅変調することにより振幅変調信号を生成する振幅変調信号生成手段と、前記振幅変調信号生成手段によって生成された振幅変調信号を送信する送信手段とを備える。

この態様において、蝸牛遅延特性を模擬した蝸牛遅延フィルタをさらに備え、前記透かし情報埋込手段が、前記蝸牛遅延フィルタを用いて前記音源信号に対して蝸牛遅延を与えることによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込むように構成されていてもよい。

また、前記態様において、前記振幅変調信号生成手段が、前記透かし情報埋め込み手段によって前記透かし情報が埋め込まれた音源信号が上側波帯及び下側波帯の一方で伝送され、透かし情報が埋め込まれる前の音源信号がその他方で伝送される振幅変調信号を生成するように構成されていてもよい。

また、前記態様において、複数の異なる蝸牛遅延フィルタを備えており、前記透かし情報埋込手段が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのそれぞれを用いて、前記音源信号に対して蝸牛遅延を与えることによって、複数の異なる蝸牛遅延が与えられた音源信号を生成する第１音源信号生成手段と、透かし情報に応じて、前記第１音源信号生成手段によって生成された複数の音源信号の中から一の音源信号を選択し、選択した音源信号同士を接合することによって、透かし情報が埋め込まれた音源信号を生成する第２音源信号生成手段とを具備するようにしてもよい。

また、前記態様において、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのそれぞれが、人間の聴覚に生じる蝸牛遅延の０倍乃至１／２倍の蝸牛遅延を音源信号に付与するように構成されており、そのうちの少なくとも一つの蝸牛遅延フィルタが人間の聴覚に生じる蝸牛遅延の０倍よりも大きな蝸牛遅延を与えるように構成されていてもよい。

また、本発明の一の態様の振幅変調信号受信装置は、上記の振幅変調信号送信装置から送信された振幅変調信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得する音源信号取得手段と、前記音源信号取得手段によって取得された音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出する透かし情報検出手段とを備える。

前記態様において、前記音源信号取得手段が、前記受信手段によって受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号と透かし情報が埋め込まれる前の音源信号とを取得するように構成され、前記透かし情報検出手段が、前記音源信号取得手段によって取得された、透かし情報が埋め込まれる後の音源信号と埋め込まれる前の音源信号との位相差を検出し、当該位相差に基づいて、音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するように構成されていてもよい。

また、本発明の他の態様の振幅変調信号受信装置は、上記の振幅変調信号送信装置から送信された振幅変調信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得する音源信号取得手段と、前記音源信号取得手段によって取得された音源信号に基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定する蝸牛遅延特性推定手段と、前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された蝸牛遅延特性に基づいて、前記音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出する透かし情報検出手段とを備える。

前記態様において、前記蝸牛遅延特性推定手段が、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定することにより、蝸牛遅延特性を推定するように構成されていてもよい。また、この蝸牛遅延特性推定手段が、チャープｚ変換を用いて、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定するように構成されていてもよい。

また、本発明の一の態様の振幅変調信号送信方法は、伝送対象の音源信号を位相変調することによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込むステップ（ａ）と、前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を振幅変調することにより振幅変調信号を生成するステップ（ｂ）と、前記生成された振幅変調信号を送信するステップ（ｃ）とを有する。

前記態様における前記ステップ（ａ）において、蝸牛遅延特性を模擬した蝸牛遅延フィルタを用いて前記音源信号に対して蝸牛遅延を与えることによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込むようにしてもよい。

また、前記態様における前記ステップ（ｂ）において、前記透かし情報が埋め込まれた音源信号が上側波帯及び下側波帯の一方で伝送され、透かし情報が埋め込まれる前の音源信号がその他方で伝送される振幅変調信号を生成するようにしてもよい。

また、本発明の一の態様の振幅変調信号受信方法は、上記の振幅変調信号送信方法により送信された振幅変調信号を受信するステップ（ａ）と、前記受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得するステップ（ｂ）と、前記取得された音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するステップ（ｃ）とを有する。

前記態様における前記ステップ（ｂ）において、前記受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号と透かし情報が埋め込まれる前の音源信号とを取得し、前記ステップ（ｃ）において、前記取得された透かし情報が埋め込まれる後の音源信号と埋め込まれる前の音源信号との位相差を検出し、当該位相差に基づいて、音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するようにしてもよい。

さらに、本発明の他の態様の振幅変調信号受信方法は、上記の振幅変調信号送信方法により送信された振幅変調信号を受信するステップ（ａ）と、前記受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得するステップ（ｂ）と、前記取得された音源信号に基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定するステップ（ｃ）と、前記推定された蝸牛遅延特性に基づいて、前記音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するステップ（ｄ）とを有する。

本発明に係る振幅変調信号送信装置及び振幅変調信号受信装置、並びに振幅変調信号送信方法及び振幅変調信号受信方法によれば、ＡＭラジオ放送等において音源信号とは別の情報を当該音源信号と併せて送受信することが可能になる。

本発明の実施の形態１に係るＡＭ送信機及びＡＭ受信機の構成を示すブロック図。 透かし情報埋込部の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施の形態における透かし情報埋込部が具備する蝸牛遅延フィルタの特性を示すグラフ。 透かし情報検出部の構成を示す機能ブロック図。 実施の形態１のＡＭ送信機の動作の手順を示すフローチャート。 透かし情報埋込部が実行する透かし情報埋め込み処理の手順を示すフローチャート。 透かし情報埋込部が実行する透かし情報埋め込み処理の手順を示す概念図。 振幅変調信号生成部が実行する両側独立振幅変調処理の手順を示すフローチャート。 振幅変調信号生成部が実行する両側独立振幅変調処理の手順を示す概念図。 両側独立振幅変調処理により生成された振幅変調信号のスペクトラム模式図。 実施の形態２のＡＭ受信機の動作の手順を示すフローチャート。 振幅復調部が実行する両側独立振幅復調処理の手順を示すフローチャート。 振幅復調部が実行する両側独立振幅復調処理の手順を示す概念図。 透かし情報検出部が実行する透かし情報検出処理の手順を示すフローチャート。 透かし情報検出部が実行する透かし情報検出処理の手順を示す概念図。 両側独立振幅復調処理により得られた音源信号及び透かし入り信号の評価結果を示すグラフ。 両側独立振幅復調処理により得られた透かし入り信号の評価結果を示すグラフ。 白色雑音にさらされた場合における、両側独立振幅復調処理により得られた音源信号及び透かし入り信号の評価結果を示すグラフ。 実施の形態１における振幅変調信号を従来のＡＭ受信機が振幅復調した場合における評価結果を示すグラフ。 本発明の実施の形態２に係るＡＭ送信機及びＡＭ受信機の構成を示すブロック図。 透かし情報埋込部の構成を示す機能ブロック図。 透かし情報検出部の構成を示す機能ブロック図。 蝸牛遅延フィルタの極及び零点を説明するためのグラフ。 チャープｚ変換による周波数分析の結果を示すグラフ。 実施の形態２のＡＭ送信機の動作の手順を示すフローチャート。 透かし情報埋込部が実行する透かし情報埋め込み処理の手順を示すフローチャート。 振幅変調処理により生成された振幅変調信号のスペクトラム模式図。 実施の形態２のＡＭ受信機の動作の手順を示すフローチャート。 透かし情報検出部が実行する透かし情報検出処理の手順を示すフローチャート。 透かし情報検出部が実行する原信号取得処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

（実施の形態１）
［ＡＭ送信機及びＡＭ受信機の構成］
本実施の形態に係るＡＭ送信機は、ＡＭラジオ放送における電波送信機であって、放送する音源信号とは別の情報（本実施の形態では文字情報）を透かし情報として当該音源信号に埋め込み、その透かし情報が埋め込まれた音源信号を送信することができる装置である。他方、本実施の形態に係るＡＭ受信機は、ＡＭラジオ放送における電波受信機であって、透かし情報が埋め込まれた音源信号からその透かし情報を検出し、これを出力することができる装置である。なお、本実施の形態では、一般のＡＭラジオ（モノラル）放送で用いられている全搬送波両側波帯方式の振幅変調を用いる。以下、その構成の詳細について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るＡＭ送信機及びＡＭ受信機の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＡＭ送信機１は、透かし情報埋込部１０、振幅変調信号生成部１１、送信部１２及びアンテナ１３を備えている。透かし情報埋込部１０は、文字情報を透かし情報として音源信号に埋め込み、その結果生成された透かし入り信号と透かし情報が埋め込まれていない音源信号とを振幅変調信号生成部１１に出力する。振幅変調信号生成部１１は、透かし情報埋込部１０から受け取った透かし入り信号及び音源信号を用いて、ＡＭラジオ放送用の振幅変調信号を生成し、これを送信部１２に出力する。送信部１２は、アンテナ１３を介して、その振幅変調信号を送信する。

他方、ＡＭ受信機２は、図１に示すように、受信部２０、振幅復調部２１、透かし情報検出部２２、出力部２３及びアンテナ２４を備えている。受信部２０は、アンテナ２４を介してＡＭ送信機１から送信された振幅変調信号を受信し、これを振幅復調部２１に出力する。振幅復調部２１は、受信部２０から受け取った振幅変調信号を復調して透かし入り信号及び音源信号を抽出し、これらの両信号を透かし情報検出部２２に出力する。透かし情報検出部２２は、振幅復調部２１から受け取った透かし入り信号及び音源信号を用いて透かし情報を検出し、その透かし情報と音源信号とを出力部２３に出力する。出力部２３は、スピーカ及びディスプレイを具備しており、受け取った音源信号をスピーカから出力するとともに、透かし情報である文字情報をディスプレイにて表示する。

［透かし情報埋込部］
以下、上述したＡＭ送信機１が備える透かし情報埋込部１０の詳細な構成について説明する。図２は、透かし情報埋込部１０の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、透かし情報埋込部１０は、透かし情報を所定の表現のデータに変換する符号化部１０１と、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂと、後述する選択的荷重和処理を実行する選択的荷重和接合部１０３とを備えている。なお、この透かし情報埋込部１０は、後述する透かし情報埋込処理のためのコンピュータプログラムを汎用のコンピュータが実行することによって実現されてもよく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の専用のハードウェアで実現されてもよい。

［蝸牛遅延フィルタ］
以下、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの詳細について説明する。これらの第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂは、人間の聴覚の蝸牛遅延特性を模擬したデジタルフィルタであり、具体的には、振幅成分にはまったく影響を与えず、位相特性のみを変化させる全域通過フィルタで構成される。

本実施の形態において、蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び１０２ｂは、以下の式（１）の伝達関数Ｈ（ｚ）により定義される１次の無限インパルス応答型全域通過フィルタで構成される。

ここで、ｂ_ｍはＨ_ｍ（ｚ）のフィルタ係数を表している。
このように、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを１次の無限インパルス応答型全域通過フィルタで構成することにより、高速な処理が可能になる。

なお、無限インパルス応答型全域通過フィルタの群遅延特性が蝸牛遅延特性をより正確に表していれば、フィルタ次数は１次以上であってもよく、また、フィルタのカスケード段数は１段以上であってもよい。

第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂにより与えられる群遅延τ_ｍ（ω）は以下の式（２）により算出される。

図３は、本発明の実施の形態１における透かし情報埋込部１０が具備する第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの特性を示すグラフである。図３において、縦軸は群遅延を、横軸は音源信号の周波数をそれぞれ示している。

図３において、細い実線は、人間の聴覚における蝸牛遅延を１／１０倍に縮小した蝸牛遅延特性を示している。また、太い実線は、フィルタ係数ｂ＝0.795の場合に上記式１により定義される第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａの特性を示し、破線は、フィルタ係数ｂ＝0.865の場合に同じく定義される第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの特性を示している。

なお、図３において細い実線で示されている蝸牛遅延特性は、「T. Dau, O. Wegner, V. Mellert, and B. Kollmeier, “Auditory brainstem responses (ABR) with optimized chirp signals compensating basilar membrane dispersion,” J. Acoust. Soc. Am., 107, 1530-1540, 2000」を参考にして定めたものである。

以上より、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを音源信号にかけると、実際の蝸牛遅延の１／１０倍の蝸牛遅延を当該音源信号に付与することになる。したがって、人間の実際の蝸牛遅延特性を近似するためには、このような蝸牛遅延フィルタを１０段カスケード接続する必要がある。しかし、実際と同様の蝸牛遅延量を音源信号に与えることにすると、その音源信号を知覚する際の群遅延量は実際の蝸牛遅延量の２倍になってしまうため、遅延が大きすぎると考えられる。そこで、本実施の形態においては、上記のように実際の蝸牛遅延の１／１０倍の蝸牛遅延を音源信号に与えることにしている。

本実施の形態において、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂはそれぞれ、下記の式（３）及び式（４）にしたがって、音源信号ｘ（ｎ）に蝸牛遅延パターンを付与し、中間信号ｗ_０（ｎ）及びｗ_１（ｎ）を得る。そして、透かし情報のビット値に応じて、フレーム毎に中間信号ｗ_０（ｎ）及びｗ_１（ｎ）を選択・統合することにより、下記の式（５）に示す透かし入り信号ｙ（ｎ）を取得する。

ただし、（ｋ−１）ΔＷ＜ｎ≦ｋΔＷを満足する。ここで、ΔＷ（＝ｆ_s／Ｎ_bit）はフレーム長であり、ｆ_sは原信号のサンプリング周波数を、Ｎ_bitは１秒あたりの情報埋込ビットレートをそれぞれ表している。

［透かし情報検出部］
次に、上述したＡＭ受信機２が備える透かし情報検出部２２の詳細な構成について説明する。図４は、透かし情報検出部２２の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、透かし情報検出部２２は、音源信号及び透かし入り信号の位相スペクトルをそれぞれ求める位相算出部２２１ａ及び２２１ｂと、これらの両信号の位相差を検出する位相差検出部２２２と、透かし情報を復元する復号部２２３とを備えている。なお、この透かし情報検出部２２は、後述する透かし情報検出処理のためのコンピュータプログラムを汎用のコンピュータが実行することによって実現されてもよく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の専用のハードウェアで実現されてもよい。

［ＡＭ送信機及びＡＭ受信機の動作］
以下、上述したように構成された本実施の形態のＡＭ送信機１及びＡＭ受信機２の動作について説明する。

図５は、本実施の形態のＡＭ送信機１の動作の手順を示すフローチャートである。図５に示すように、ＡＭ送信機１はまず、透かし情報埋込部１０にて、ＡＭラジオ放送用の音源信号に対して所定の文字情報を透かし情報として埋め込むための透かし情報埋め込み処理を実行する（Ｓ１１）。

図６は、透かし情報埋込部１０が実行する透かし情報埋め込み処理の手順を示すフローチャートである。透かし情報埋込部１０は、符号化部１０１において、音源信号に埋め込む文字情報である透かし情報を２進数表現のデータに変換する（Ｓ１１１）。このようにして２進数表現に変換された透かし情報は、選択的荷重和接合部１０３に出力される。

次に、透かし情報埋込部１０は、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを用いて、外部から入力された音源信号に対して位相変調を施す（Ｓ１１２）。その結果、人工的に蝸牛遅延が付加された二つの音源信号が生成されることになる。このようにして第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを用いて位相変調された二つの音源信号は、選択的荷重和接合部１０３に出力される。

次に、透かし情報埋込部１０は、選択的荷重和接合部１０３において、以下のような選択的荷重和処理を実行することによって、位相変調された音源信号に透かし情報を埋め込む（Ｓ１１３）。
この選択的荷重和処理では、透かし情報のビットが０のときは第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａから出力された音源信号が、１のときは第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂから出力された音源信号がそれぞれ選択される。そして、これらの選択された音源信号同士が接合されることにより、透かし情報が埋め込まれた透かし入り信号が生成される。

ここで、その接合した部分において急激な位相変化が起こらないように、音源信号同士を荷重和することにより、音源信号の接合が行われる。この荷重和処理は、例えばramped-cosの荷重を付与する等して行われる。このような荷重和処理を行うことにより、透かし入り信号の歪みが軽減される。

以上の透かし情報埋め込み処理を式で表すと次のようになる。図７に示す概念図も参照しながら説明する。なお、以下において、ｎはサンプリング番号を、ｋは音源信号のフレーム番号をそれぞれ示している。

まず、ステップＳ１１１において、透かし情報が２進数表現のデータｓ（ｋ）へと変換される。次に、音源信号をｘ（ｎ）とし、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂそれぞれをＨ₀（ｚ）及びＨ₁（ｚ）とすると、上記のステップＳ１１２において、位相変調が施された二つの音源信号（ｗ₀（ｎ）、ｗ₁（ｎ））が上述した式（３）及び式（４）により生成される。

そして、ステップＳ１１３において、透かし情報ｓ（ｋ）のビットが０であるか１であるかに応じてｗ₀（ｎ）又はｗ₁（ｎ）が選択され、上述した式（５）のとおり、透かし入り信号ｙ（ｎ）が生成される。

図５に戻り、上述した透かし情報埋め込み処理を実行した後、ＡＭ送信機１は、振幅変調信号生成部１１にて、ＡＭラジオ放送用の振幅変調信号を生成するための両側独立振幅変調処理を実行する（Ｓ１２）。ここで、両側独立振幅変調処理とは、相互に影響を及ぼさないように下側波帯と上側波帯とを独立に振幅変調する処理をいう。以下、その詳細について説明する。

図８は、振幅変調信号生成部１１が実行する両側独立振幅変調処理の手順を示すフローチャートである。この両側独立振幅変調処理について、図９に示す概念図も参照しながら説明する。振幅変調信号生成部１１はまず、公知の振幅変調方式で音源信号ｘ（ｎ）及び透かし入り信号ｙ（ｎ）を振幅変調する（Ｓ１２１）。これにより、振幅変調信号ｕ_１（ｎ）及びｕ_２（ｎ）が生成される。

次に、振幅変調信号生成部１１は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により振幅変調信号ｕ_１（ｎ）及びｕ_２（ｎ）を変換する（Ｓ１２２）。これにより、振幅変調信号ｕ_１（ｎ）及びｕ_２（ｎ）それぞれの周波数スペクトルＵ_１（ω）及びＵ_２（ω）が得られる。ここで、周波数スペクトルＵ_１（ω）は下側波帯（ＬＳＢ）を有し、周波数スペクトルＵ_２（ω）は上側波帯（ＵＳＢ）を有している。

次に、振幅変調信号生成部１１は、周波数スペクトルＵ_１（ω）が有する下側波帯と周波数スペクトルＵ_２（ω）が有する上側波帯とを結合する（Ｓ１２３）。これにより、周波数スペクトルＵ（ω）が得られる。

最後に、振幅変調信号生成部１１は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて周波数スペクトルＵ（ω）を振幅変調信号ｕ（ｎ）に変換する（Ｓ１２４）。このような両側独立振幅変調の結果得られた振幅変調信号ｕ（ｎ）は、音源信号ｘ（ｎ）及び透かし入り信号ｙ（ｎ）を含んでいる。

図１０は、上述したように両側独立振幅変調処理により生成された振幅変調信号ｕ（ｎ）のスペクトラム模式図である。図１０に示すように、この振幅変調信号ｕ（ｎ）は、下側波帯で透かし入り信号を、上側波帯で音源信号をそれぞれ伝送するための信号である。なお、これとは反対に、下側波帯で音源信号を、上側波帯で透かし入り信号をそれぞれ伝送するための信号としても構わない。後述するように、透かし情報の検出は両信号の差を用いて行うため、音源信号及び透かし入り信号のそれぞれを下側波帯及び上側波帯の何れで伝送するのかを予め定めておかなくてもよい。

図５に戻り、上述した両側独立振幅変調処理を実行した後、ＡＭ送信機１は、送信部１２にて、両側独立振幅変調処理により得られた振幅変調信号を送信する（Ｓ１３）。これにより、音源信号及び透かし入り信号の両信号が含まれた振幅変調信号がＡＭラジオ放送用の信号として送信されることになる。

次に、ＡＭ受信機２の動作について説明する。図１１は、本実施の形態のＡＭ受信機２の動作の手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、ＡＭ受信機２はまず、受信部２０にて、ＡＭ送信機１から送信された振幅変調信号を受信する（Ｓ２１）。次に、ＡＭ受信機２は、振幅復調部２１にて、音源信号及び透かし入り信号を取得するための両側独立振幅復調処理を実行する（Ｓ２２）。ここで、両側独立振幅復調処理とは、相互に影響を及ぼさないように下側波帯と上側波帯とを独立に振幅復調する処理をいう。以下、その詳細について説明する。

図１２は、振幅復調部２１が実行する両側独立振幅復調処理の手順を示すフローチャートである。この両側独立振幅復調処理について、図１３に示す概念図も参照しながら説明する。振幅復調部２１はまず、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて受信部２０にて受信した振幅変調信号ｕ（ｎ）を変換することにより、下側波帯及び上側波帯を有する周波数スペクトルＵ（ω）を取得する（Ｓ２２１）。

次に、振幅復調部２１は、周波数スペクトルＵ（ω）を、下側波帯を有する周波数スペクトルＵ_１（ω）と上側波帯を有する周波数スペクトルＵ_２（ω）とに分離する（Ｓ２２２）。なお、周波数スペクトルＵ_１（ω）の上側波帯及び周波数スペクトルＵ_２（ω）の下側波帯はゼロである。

次に、振幅復調部２１は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて、周波数スペクトルＵ_１（ω）を振幅変調信号ｕ_１（ｎ）に、周波数スペクトルＵ_２（ω）を振幅変調信号ｕ_２（ｎ）にそれぞれ変換する（Ｓ２２３）。

最後に、振幅復調部２１は、公知の振幅復調方式を用いて、振幅変調信号ｕ_１（ｎ）から音源信号ｘ（ｎ）を、振幅変調信号ｕ_２（ｎ）から透かし入り信号ｙ（ｎ）をそれぞれ抽出する（Ｓ２２４）。ここで、振幅変調信号ｕ_１（ｎ）及びｕ_２（ｎ）は片側の側波帯しか有していないため、これらの振幅変調信号ｕ_１（ｎ）及びｕ_２（ｎ）の振幅復調信号を２倍することにより、音源信号ｘ（ｎ）及び透かし入り信号ｙ（ｎ）が取得される。

図１１に戻り、上述した両側独立振幅復調処理を実行した後、ＡＭ受信機２は、透かし情報検出部２２にて、両側独立振幅復調処理により得られた透かし入り信号から透かし情報を検出するための透かし情報検出処理を実行する（Ｓ２３）。

なお、上述したように、本実施の形態における透かし情報埋め込み処理では、二つの蝸牛遅延フィルタによって位相変調された二つの音源信号を、時間毎に切り替えることによって透かし入り信号を生成している。これらの二つの音源信号は、音源信号に位相変調をかけたものであるため、音源信号と透かし入り信号との位相特性の差を用いることにより、透かし入り信号が、上記の二つの蝸牛遅延フィルタの何れの蝸牛遅延フィルタによって位相変調された信号であるのかを特定することができる。本実施の形態の透かし情報検出処理は、このような性質を利用して透かし入り信号に埋め込まれている透かし情報の検出を行うものである。

図１４は、透かし情報検出部２２が実行する透かし情報検出処理の手順を示すフローチャートである。
透かし情報検出部２２は、位相算出部２２１ａ及び２２１ｂのそれぞれにおいて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、音源信号及び透かし入り信号の位相スペクトルを求める（Ｓ２３１）。ここでは、透かし情報埋め込み処理で利用されたビット単位で、各信号の位相スペクトルが算出される。このようにして求められた各信号の位相スペクトルは、位相差検出部２２２に出力される。

次に、透かし情報検出部２２は、位相差検出部２２２において、両信号の位相スペクトルの差を算出し（Ｓ２３２）、その算出された位相スペクトルの差と第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａによって与えられる群遅延との差の合計値（第１の合計値）、及び同じく位相スペクトルの差と第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂによって与えられる群遅延との差の合計値（第２の合計値）を算出する（Ｓ２３３）。そして、位相差検出部２２２において、これら第１の合計値と第２の合計値とを比較し、第１の合計値が第２の合計値より小さければ電子透かしデータのビット値として“０”を検出し、第１の合計値が第２の合計値以上であれば“１”を検出する（Ｓ２３４）。なお、この処理は、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの何れのフィルタを用いて位相変調されたのかを推定することに相当する。
このようにして電子透かしデータのすべてのビットの値が検出された後、それら検出されたビット値が復号部２２３に出力される。

次に、透かし情報検出部２２は、復号部２２３において、上述したようにして検出されたビット値を用いて、透かし入り信号に埋め込まれている透かし情報を復元する（Ｓ２３５）。
以上のようにして、蝸牛遅延フィルタを用いて音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出することができる。

以上の透かし情報検出処理を式で表すと次のようになる。図１５に示す概念図も参照しながら説明する。なお、以下において、ｎはサンプリング番号を、ｋは音源信号のフレーム番号をそれぞれ示している。
まず、ステップＳ２３１において、音源信号ｘ（ｎ）及び透かし入り信号ｙ（ｎ）の位相スペクトルがＦＦＴにより求められ、ステップＳ２３２において、両信号の位相スペクトルの差Φ（ω）が次の式（６）により算出される。
Φ（ω）＝ａｒｇ（ＦＦＴ［ｙ（ｎ）］）−ａｒｇ（ＦＦＴ［ｘ（ｎ）］） … 式（６）

次に、ステップＳ２３３において、両信号の位相スペクトルの差と第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ（Ｈ₀（ｚ））との差の合計値ΔΦ₀及び当該位相スペクトルの差と第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂ（Ｈ₁（ｚ））との差の合計値ΔΦ₁が、次の式（８）及び（９）によってそれぞれ算出される。ただし、ｚ＝e^jωである。
ΔΦ₀＝Σ｜Φ（ω）−ａｒｇ（Ｈ₀（ｅ^jω））｜ … 式（７）
ΔΦ₁＝Σ｜Φ（ω）−ａｒｇ（Ｈ₁（ｅ^jω））｜ … 式（８）

そして、ステップＳ２３４において、上記の合計値ΔΦ₀及びΔΦ₁の大小関係に基づいて、次の式（９）にしたがって透かし情報のビット値ｓ（ｋ）が検出される。
ｓ（ｋ）＝０，ΔΦ₀＜ΔΦ₁ 又は １，ΔΦ₀≧ΔΦ₁ … 式（９）
最後に、ステップＳ２３５において、これらの検出されたビット値ｓ（ｋ）を用いて透かし情報が復元される。

図１１に戻り、上述した透かし情報検出処理を実行した後、ＡＭ受信機２は、出力部２３にて、両側独立振幅復調処理により得られた音源信号及び透かし情報検出処理により得られた透かし情報をそれぞれ出力する（Ｓ２４）。具体的には、出力部２３が具備するスピーカにて音源信号を出力し、同じくディスプレイにて透かし情報（文字情報）を表示する。これにより、ＡＭ送信機１から送信された振幅変調信号に含まれる音源信号及び透かし情報が出力されることになる。

［評価結果］
以下、本実施の形態で提案した手法の評価について説明する。本発明者等は、ＲＷＣ音楽ジャンルデータベースの全１０２Ｔｒａｃｋ（全１００曲、各曲とも約１０秒間）を音源信号として用いて、伝送レート（ビットレート）を変数としてどの程度の透かし情報を埋め込み可能であるか、伝送後に検波した信号の音質劣化の度合い及び検出した透かし情報の正確性等を評価した。ここで使用した楽曲はすべて、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚ、量子化ビット数１６ｂｉｔのステレオ音源である。本発明者等は、上述した透かし情報埋め込み処理を用いることにより、これらの音源信号に対して“ｆｅｂ”という文字情報を透かし情報として埋め込み、客観的な評価を行った。なお、音質劣化の評価には、ＰＥＡＱ（Perceptual Evaluation for Audio Quality）、ＬＳＤ（Log-Spectral Distortion）及びＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を用いた。また、透かし情報の正確性についてはビット検出率（検出したビットの正答率）を用いた。

図１６は、上述した両側独立振幅復調処理により得られた音源信号及び透かし入り信号についてのＳＮＲ、ＬＳＤ及びＰＥＡＱを示すグラフである。図中、左側の（ａ）乃至（ｃ）は当該音源信号についての結果を、右側の（ｄ）乃至（ｅ）は当該透かし入り信号についての結果をそれぞれ示している。図１６を参照すると、音源信号及び透かし入り信号ともに、ＳＮＲ、ＬＳＤ及びＰＥＡＱがそれぞれ約５５ｄＢ、０．１５ｄＢ及び−０．０８ＯＤＧ（Objective Difference Grade）を維持しており、いずれについても良好な結果が得られていることが分かる。これは、上述した両側独立振幅変調処理及び両側独立振幅復調処理によって音質劣化が生じていないことを示している。

図１７は、上述した両側独立振幅復調処理により得られた透かし入り信号についてのＰＥＡＱ、ＬＳＤ及びビット検出率を示すグラフである。図中、黒塗りの三角を結んだ実線は第１蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数ｂ_０＝０．１９５の場合の結果を、白抜きの丸を結んだ破線は同じくフィルタ係数ｂ_０＝０．７９５の場合の結果をそれぞれ示している。なお、第２蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数ｂ_１はｂ_０＝０．１９５のときに０．２６５、ｂ_０＝０．７９５のときに０．８６５である。ＰＥＡＱでは０に近いほど、ＬＳＤでは０ｄＢに近いほど、音質が良い（歪みがない）ことになる。これまでの研究結果から、ＰＥＡＱで−１以上、ＬＳＤで１ｄＢ未満であれば、十分な音質を保持していると考えられる。図１７における（ａ）及び（ｂ）を参照すると、本実施の形態の手法では１０２４ｂｐｓ程度のビットレートでも十分な音質を保持できることが分かる。また、図１７における（ｃ）を参照すると、高いビット検出率を保っており、１０２４ｂｐｓでも７５％となっている。なお、ここではビット訂正誤り等の情報理論で検討されている技術は一切使っていない。ビット検出率が７５％以上であれば実用的であると考えると、本実施の形態の手法では、１０２４ｂｐｓ程度のビットレートで埋め込みを行うことができるため、文字情報であれば１秒間に３２文字程度は音源信号と同時伝送できることになる（誤り符号訂正等の技術を組み合わせれば、最大で約１００文字程度も可能だと予測される）。

また、本発明者等は、外乱の影響がどの程度あるのかについても評価を行った。図１８は、白色雑音にさらされた場合における、上述した両側独立振幅復調処理により得られた音源信号及び透かし入り信号についてのＳＮＲ、ＬＳＤ及びＰＥＡＱを示すグラフである。図中、左側の（ａ）乃至（ｃ）は当該音源信号についての結果を、右側の（ｄ）乃至（ｅ）は当該透かし入り信号についての結果をそれぞれ示している。なお、各グラフにおける横軸は、両側独立振幅変調処理により得られた振幅変調信号のＳＮＲを示している。図１８を参照すると、ＳＮＲが３０ｄＢ以下の低レベルのノイズであれば顕著な音質劣化は生じないことが分かる。

さらに、本発明者等は、下位互換性についても評価を行った。ここでの下位互換性とは、上述した両側独立振幅復調処理を実行することができない従来のＡＭ受信機にて本実施の形態における振幅変調信号を受信した場合でも音源信号を問題なく出力することができるか否かを意味している。図１９は、本実施の形態における振幅変調信号を従来のＡＭ受信機が振幅復調（包絡線検波）した場合におけるＳＮＲ、ＬＳＤ及びＰＥＡＱを示している。ここで、ＳＮＲは、音源信号と受信信号との差を誤差としてみたときの結果を示している。なお、各グラフにおける横軸は、第１蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数ｂ_０である。なお、第２蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数ｂ_１は上述したとおりｂ_０よりも０．０７大きい値である。図１９を参照すると、ｂ_０の値が０．１９５の場合が最も良い結果を示しており、ｂ_０の値が増えるにしたがって音質の劣化が確認できる。但し、その音質の劣化も顕著なものではないため、本実施の形態の手法は、第１蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数ｂ_０の値の如何に関わらず、十分な下位互換性を有しているといえる。

このように、本実施の形態のＡＭ送信機及びＡＭ受信機の場合、ＡＭラジオ放送を利用して音源信号とは別に文字情報の送受信を行うことができる。従来、ＦＭ多重放送を利用した所謂「見えるラジオ」が実用化されているが、本実施の形態のＡＭ送信機及びＡＭ受信機によればＡＭ版見えるラジオを実現することが可能になる。例えば、災害時における緊急情報等を透かし情報として用いることにより、ＡＭ受信機を災害時の貴重な情報源として利用することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、透かし情報検出処理において、透かし入り信号に埋め込まれた透かし情報を、音源信号を参照しながら検出している。これに対し、実施の形態２では、音源信号を参照することなく透かし情報を検出する。このように音源信号を用いずに透かし情報を検出することを「ブラインド検出」と称する。

本実施の形態の場合、上述したようにブラインド検出を行うため、ＡＭ受信機側で音源信号を取得する必要がない。そのため、本実施の形態では、搬送波を伝送しない抑圧搬送波単側波帯方式の振幅変調を用い、下側波帯及び上側波帯の何れかを利用して透かし入り信号を送受信する。

［ＡＭ送信機及びＡＭ受信機の構成］
図２０は、本発明の実施の形態２に係るＡＭ送信機及びＡＭ受信機の構成を示すブロック図である。図２０に示すように、ＡＭ送信機３は、透かし情報埋込部３０、振幅変調信号生成部３１、送信部３２及びアンテナ３３を備えている。透かし情報埋込部１０は、文字情報を透かし情報として音源信号に埋め込み、その結果生成された透かし入り信号を振幅変調信号生成部３１に出力する。振幅変調信号生成部３１は、透かし情報埋込部３０から受け取った透かし入り信号を用いて、ＡＭラジオ放送用の振幅変調信号を生成し、これを送信部３２に出力する。送信部３２は、アンテナ３３を介して、その振幅変調信号を送信する。

他方、ＡＭ受信機４は、図２０に示すように、受信部４０、振幅復調部４１、透かし情報検出部４２、出力部４３及びアンテナ４４を備えている。受信部４０は、アンテナ４４を介してＡＭ送信機３から送信された振幅変調信号を受信し、これを振幅復調部４１に出力する。振幅復調部４１は、受信部４０から受け取った振幅変調信号を復調して透かし入り信号を抽出し、これを透かし情報検出部４２に出力する。透かし情報検出部４２は、振幅復調部４１から受け取った透かし入り信号を用いて透かし情報を検出し、その透かし情報及び透かし入り信号を出力部４３に出力する。出力部４３は、スピーカ及びディスプレイを具備しており、受け取った透かし入り信号をスピーカから出力するとともに、透かし情報である文字情報をディスプレイにて表示する。

［透かし情報埋込部］
以下、上述したＡＭ送信機３が備える透かし情報埋込部３０の詳細な構成について説明する。図２１は、透かし情報埋込部３０の構成を示す機能ブロック図である。なお、図中のｎはサンプリング番号を、ｋは音源信号のフレーム番号をそれぞれ示している。
図２１に示すように、透かし情報埋込部３０は、音源信号ｘ（ｎ）をフレーム化するフレーム処理部３０１と、２つの蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び３０２ｂと、透かし情報ｓ（ｋ）の値に応じて第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの何れかを選択するフィルタ選択部３０３とを備えている。

フィルタ選択部３０３は、透かし情報のビット値が“０”である場合に第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａを選択し、同じく“１”である場合に第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂを選択する。第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂでは、後述するようにして音源信号に群遅延を与える。このようにして群遅延が付与された音源信号が統合され、透かし情報が埋め込まれた音源信号である透かし入り信号ｙ（ｎ）が生成される。なお、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの構成は、実施の形態１における第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂと同様であるため、説明を省略する。

上述した透かし情報埋込部３０は、後述する透かし情報埋め込み処理のためのコンピュータプログラムを汎用のコンピュータが実行することによって実現されてもよく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の専用のハードウェアで実現されてもよい。

［透かし情報検出部］
次に、上述したＡＭ受信機４が備える透かし情報検出部４２の詳細な構成について説明する。図２２は、透かし情報検出部４２の構成を示す機能ブロック図である。図２２に示すように、透かし情報検出部４２は、振幅復調部４１から受け取った透かし入り信号ｙ（ｎ）をフレーム化するフレーム処理部４２１と、フレーム化された透かし入り信号ｙ（ｎ）に対して、チャープｚ変換を施す２つのチャープｚ変換部４２２ａ及び４２２ｂと、これらの第１チャープｚ変換部４２２ａ及び第２チャープｚ変換部４２２ｂによるチャープｚ変換の結果に基づいて、透かし情報のビット値を検出するビット値検出部４２３とを備えている。なお、この透かし情報検出部４２は、後述する透かし情報検出処理のためのコンピュータプログラムを汎用のコンピュータが実行することによって実現されてもよく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の専用のハードウェアで実現されてもよい。

［チャープｚ変換］
第１チャープｚ変換部４２２ａ及び第２チャープｚ変換部４２２ｂが実行するチャープｚ変換（ＣＺＴ）は、周波数スペクトルのフレキシブルな分析を可能とする手法として知られ（例えば、「Wang, T. T. “The segmented chirp z-transform and its application in spectrum analysis,” IEEE Trans. Instrumentation and measurement, 39(2), 318-323, 1990」を参照）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の実装にも活用されている。このチャープｚ変換は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）と比較して、周波数分解能及び周波数応答のダイナミックレンジを自由に変えられるという特徴を有している。また、ｚ平面上で任意のＭ点でのｚ変換を効率良く求めることができるという特徴も有している。

一般に、チャープｚ変換は、ｚ＝ｒexp（ｊω_ｎ）でＮ点のＤＦＴと結ばれる（大きさｒ＝１で正規化周波数ω_ｎ＝２πｎ／Ｎのとき単位円周上のＤＦＴと等価である）関係にある。ここで、チャープｚ変換は下記の式（１０）により表される。

ただし、Ａ＝Ａ_０ｅｘｐ（ｊ２πθ_０）、Ｗ＝Ｗ_０ｅｘｐ（ｊ２πφ_０）である。ここで、θ_０及びφ_０は初期位相である。上述したように、Ａ＝１、Ｍ＝Ｎ、Ｗ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ）のとき、ＣＺＴはＤＦＴに一致する。

［ブラインド検出の原理］
本実施の形態では、上記のチャープｚ変換を用いることにより、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂを用いて音源信号に埋め込まれた透かし情報のブラインド検出を実現する。以下、このブラインド検出の原理について説明する。

第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの極及び零点は、図２３に示すとおりに配置される。これらの蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び３０２ｂは、上述したように１次ＩＩＲ型全域通過フィルタであり、その特徴として極（図２３中の“×”）及び零点（図２３中の“○”）は中心点から単位円に向かって垂線を描いたときに交差する半径及びその逆数（ｂ_ｍ及び１／ｂ_ｍ）の関係にある。一般に、ｂ_ｍの値が減少するにしたがい、極は中心点に近付き、零点は単位円から外側に向かって離れていく。反対に、ｂ_ｍの値が増加するにしたがい、極及び零点は互いに単位円に向かって近付いていく。この場合の群遅延量は、図３に示すように、ｂ_ｍの値の増加とともに増加する。なお、図２３において、太字の“○”及び“×”は第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａの曲及び零点をそれぞれ示し、細字の“○”及び“×”は第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの曲及び零点をそれぞれ示している。

透かし入り信号ｙ（ｎ）は、上述したような遅延情報が埋め込まれた信号として観測されることになる。そのため、ｙ（ｎ）から遅延情報、すなわち遅延情報の付与に利用された蝸牛遅延フィルタの極及び零点の位置を推定することにより、ブラインド検出を実現することができる。

なお、原信号ｘ（ｎ）自体も数列の特性として極及び零点を持つため（音源が有界であるとして、その信号の減衰に関係する極など）、観測信号ｙ（ｎ）から仮に極及び零点の位置を推定できたとしても、それはＩＩＲ型全域通過フィルタ（蝸牛遅延フィルタ）によって付与されたものなのか、原信号そのものが持つものであるのかを見極める必要がある。

チャープｚ変換を用いることにより、蝸牛遅延フィルタの極及び零点の位置を推定することができることを示すために、上記の式（１）の蝸牛遅延フィルタの零点ｒ＝１／ｂ_ｍを通るようにｒを選択して、音源信号ｘ（ｎ）及び遅延情報を埋め込んだ信号ｙ（ｎ）をチャープｚ変換（Ａ＝ｒ、Ｍ＝Ｎ、Ｗ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ））することにより周波数分析を行う。

以下、音源信号である楽器音をｘ（ｎ）とし、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂを利用して“AIS-Lab.”の透かし情報を埋め込んだ信号をｙ（ｎ）とする。ここでは、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂはいずれも直流成分のところに極及び零点を配置しており、ｒ＝１／ｂ_０又はｒ＝１／ｂ_１としたチャープｚ変換の周波数分析を行う。なお、サンプリング周波数は４４．１ｋＨｚ、ビットレートはＮ_ｂｉｔ＝４ｂｐｓとして、１フレーム（２５０ｍｓ）に１ビット相当の遅延情報を埋め込むものとする。

図２４は、その分析結果を示すグラフである。図２４（ａ）乃至（ｉ）は、左から右にフレーム＃１でのｘ（ｎ）、フレーム＃１でのｙ（ｎ）、フレーム＃２のｙ（ｎ）の周波数スペクトルを、上から下にｒ＝１、ｒ＝１／ｂ_０、ｒ＝１／ｂ_１でのチャープｚ変換により分析した結果をそれぞれ示している。図２４（ｇ）に示すように、ｘ（ｎ）に関する分析結果では、極及び零点配置の周波数付近でのスペクトルには特段変化がみられない。他方、フレーム＃１のｙ（ｎ）ではｒ＝１／ｂ_１でのチャープｚ変換の結果（図９（ｈ））において、フレーム＃２のｙ（ｎ）ではｒ＝１／ｂ_０でのチャープｚ変換の結果（図９（ｆ））において、最も低い周波数領域（直流成分から低周波数域までの範囲；例えば図３に示す遅延が見られる周波数帯）のところでスペクトル成分が劇的に減少していることがわかる（図中の矢印で示す箇所）。これは、零点の影響によるディップ（くぼみ）に対応しているため、原理的にはその大きさは−∞ｄＢになる。それ以外の分析（ｒ＝１、ｒ＝１／ｂ_０（フレーム＃１の場合）、及びｒ＝１／ｂ_１（フレーム＃２の場合））では、最も低い周波数のところでスペクトル成分の変化はほとんど見られない（すなわち、−∞ｄＢ（線形で０）に近付かない）。なお、この結果に関しては、他のフレーム及び他の対象信号でも同様のことが起こることが確認されている。

以上より、対象信号に係わらず、蝸牛遅延フィルタの零点を交差するようにｚ平面上の軌跡に沿ってチャープｚ変換を行うことにより、ｙ（ｎ）から蝸牛遅延フィルタの零点の位置を推定することが可能であることが分かる。なお、原理的には、ｒを零点ではなく極の値にしてチャープｚ変換を行うことも可能である（極の場合は∞ｄＢのスペクトルピークを得ることになる）が、計算機上でのダイナミックレンジ内のオーバーフローを検出しなければならないため、零点を用いる方が望ましい。零点を利用する場合は、ダイナミックレンジ内の０を探せばよいため、より容易な処理で足りることになる。

本実施の形態では、第１チャープｚ変換部４２２ａがｒ＝１/ｂ_０のｚ平面上の軌跡に沿ったチャープｚ変換を行い、第２チャープｚ変換部４２２ｂがｒ＝１/ｂ_１のｚ平面上の軌跡に沿ったチャープｚ変換を行う。これらのチャープｚ変換の結果を用いることにより、対象信号が、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ（フィルタ係数ｂ_０）及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂ（フィルタ係数ｂ_１）の何れにより群遅延が与えられたものであるのかを推定することが可能になる。

［ＡＭ送信機及びＡＭ受信機の動作］
以下、上述したように構成された本実施の形態のＡＭ送信機３及びＡＭ受信機４の動作について説明する。

図２５は、本実施の形態のＡＭ送信機３の動作の手順を示すフローチャートである。図２５に示すように、ＡＭ送信機３はまず、透かし情報埋込部３０にて、ＡＭラジオ放送用の音源信号に対して所定の文字情報を透かし情報として埋め込むための透かし情報埋め込み処理を実行する（Ｓ３１）。

図２６は、透かし情報埋込部３０が実行する透かし情報埋め込み処理の手順を示すフローチャートである。透かし情報埋込部３０は、フレーム処理部３０１において、外部から入力された音源信号を各フレームに分割する（Ｓ３１１）。次に、透かし情報埋込部３０は、フィルタ選択部３０３において、透かし情報のビット値に応じて適用する蝸牛遅延フィルタの選択を行う。具体的には、外部から入力され、２進数表現のデータに変換された透かし情報のビット値が“０”及び“１”の何れであるかを判定し（Ｓ３１２）、その判定結果に応じて第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの何れかを選択する。

ステップＳ３１２において電子透かしデータのビット値が“０”であると判定した場合（Ｓ３１２で“０”）、透かし情報埋込部３０は、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａを用いて、音源信号に対して位相変調を施す（Ｓ３１３）。他方、透かし情報のビット値が“１”であると判定した場合（Ｓ３１２で“１”）、透かし情報埋込部３０は、第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂを用いて、音源信号に対して位相変調を施す（Ｓ３１４）。これらのステップＳ３１３及びＳ３１４により、透かし情報が音源信号により埋め込まれることになる。

次に、透かし情報埋込部３０は、当該フレームに埋め込む透かし情報のすべてのビットが処理されたか否かを判定する（Ｓ３１５）。ここでまだ処理されていないビットがあると判定した場合（Ｓ３１５でＮＯ）、透かし情報埋込部３０は、ステップＳ３１２へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。他方、すべてのビットが処理されたと判定した場合（Ｓ３１５でＹＥＳ）、透かし情報埋込部３０は、ステップＳ３１３及びＳ３１４により透かし情報の各ビットが埋め込まれた音源信号を接合することにより、透かし入り信号を生成する（Ｓ３１６）。

上記の透かし情報埋め込み処理をすべてのフレームについて行い、それらを接続することにより、透かし入り信号ｙ（ｎ）が生成される。なお、フレームの接続箇所に不連続点が生じることにより（スペクトル拡散の原因でもある）知覚不可能性に影響が出ることを防止するために、接続部前のフレームの後ろ数点（１ｍｓ程度）をスプライン（Spline）補間で滑らかにすることが望ましい。

図２５に戻り、上述した透かし情報埋め込み処理を実行した後、ＡＭ送信機３は、振幅変調信号生成部３１にて、透かし情報埋め込み処理により生成された透かし入り信号を振幅変調する（Ｓ３２）。この場合、例えば公知の二重平衡変調器等を用いて、下側波帯又は上側波帯で透かし入り信号を伝送するための振幅変調信号を生成する。

図２７は、上述したようにして生成された振幅変調信号のスペクトラム模式図である。図２７に示すように、この振幅変調信号は、上側波帯で透かし入り信号を伝送するための信号である。なお、下側波帯で透かし入り信号を伝送するための信号であっても構わない。

図２５に戻り、上述した振幅変調処理を実行した後、ＡＭ送信機３は、送信部３２にて、振幅変調処理により得られた振幅変調信号を送信する（Ｓ３３）。これにより、透かし入り信号が含まれた振幅変調信号がＡＭラジオ放送用の信号として送信されることになる。

次に、ＡＭ受信機４の動作について説明する。図２８は、本実施の形態のＡＭ受信機４の動作の手順を示すフローチャートである。図２８に示すように、ＡＭ受信機４はまず、受信部４０にて、ＡＭ送信機３から送信された振幅変調信号を受信する（Ｓ４１）。そして、ＡＭ受信機４は、振幅復調部４１にて、受信した振幅変調信号を振幅復調する（Ｓ４２）。これにより、上側波帯に含まれる透かし入り信号ｙ（ｎ）が抽出される。

次に、ＡＭ受信機４は、透かし情報検出部４２にて、振幅復調処理により得られた透かし入り信号から透かし情報を検出するための透かし情報検出処理を実行する（Ｓ４３）。図２９は、透かし情報検出部４２が実行する透かし情報検出処理の手順を示すフローチャートである。透かし情報検出部４２は、フレーム処理部４２１において、外部から入力された透かし入り信号を各フレームに分割する（Ｓ４３１）。次に、透かし情報検出部４２は、処理対象のセグメントを設定し（Ｓ４３２）、第１チャープｚ変換部４２２ａにおいて、当該セグメントの信号に対してチャープｚ変換を行う（Ｓ４３３）。さらに、第２チャープｚ変換部４２２ｂにおいて、同じ信号に対してチャープｚ変換を行う（Ｓ４３４）。

次に、透かし情報検出部４２は、ステップＳ４３３及びＳ４３４により得られた２つの周波数スペクトルのうちの何れが、最も低い周波数でのスペクトルの値が急激に減少しているか否かを判定し、その判定結果に基づき、当該信号に対して位相変調を施した蝸牛遅延フィルタの零点を推定する（Ｓ４３５）。本実施の形態の場合、上記のようにスペクトルの値が急激に減少しているのが第１チャープｚ変換部４２２ａにより得られた周波数スペクトルである場合は当該零点が１／ｂ_０であると推定され、同じく第２チャープｚ変換部４２２ｂにより得られた周波数スペクトルである場合は当該零点が１／ｂ_１であると推定される。

次に、透かし情報検出部４２は、ビット値検出部４２３において、ステップＳ４３５により推定された蝸牛遅延フィルタの零点が１／ｂ_０及び１／ｂ_１の何れであるかを判定すし（Ｓ４３６）、１／ｂ_０と判定した場合（Ｓ４３６で１／ｂ_０）はビット値“０”を検出する（Ｓ４３７）。他方、１／ｂ_１と判定した場合（Ｓ４３６で１／ｂ_１）はビット値“１”を検出する（Ｓ４３８）。

その後、透かし情報検出部４２は、処理対象のフレームのすべてのセグメントについて処理を行ったか否かを判定する（Ｓ４３９）。ここで、まだ処理を行っていないセグメントがあると判定した場合（Ｓ４３９でＮＯ）、透かし情報検出部４２は、ステップＳ４３２へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。他方、すべてのセグメントについて処理を行ったと判定した場合（Ｓ４３９でＹＥＳ）、透かし情報検出部４２は、ステップＳ４３７及びＳ４３８においてビット値検出部４２３により検出したビット値を接合することにより、透かし情報を復元する（Ｓ４４０）。

以上のようにして、蝸牛遅延フィルタを用いて音源信号に埋め込まれた透かし情報をブラインド検出することができる。

図２８に戻り、透かし情報検出処理を実行した後、ＡＭ受信機４は、出力部４３にて、振幅復調処理により得られた透かし入り信号及び透かし情報検出処理により得られた透かし情報をそれぞれ出力する（Ｓ４４）。具体的には、出力部４３が具備するスピーカにて透かし入り信号を出力し、同じくディスプレイにて透かし情報（文字情報）を表示する。これにより、ＡＭ送信機３から送信された振幅変調信号に含まれる透かし入り信号及び透かし情報が出力されることになる。

なお、本実施の形態では、出力部４３にて透かし入り信号を出力しているが、この透かし入り信号から透かし情報を取り除いて音源信号を取得し、その音源信号を出力するようにしてもよい。以下、この音源信号を取得するための処理である原信号取得処理について説明する。なお、ここでは当該処理を透かし情報検出部４２が実行するものとする。

図３０は、透かし情報検出部４２が実行する原信号取得処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下では、透かし情報検出部４２が、透かし情報埋込部３０が備える第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの逆フィルタ、すなわち第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂが模擬する蝸牛遅延特性の逆特性を有するフィルタを備えているものとする。

透かし情報検出部４２は、フレーム処理部４２１において、外部から入力された透かし入り信号を各フレームに分割する（Ｓ４４１）。次に、透かし情報検出部４２は、上記の電子透かし検出処理により検出された透かし情報を参照し（Ｓ４４２）、その透かし情報のビット値が“０”及び“１”の何れであるかを判定する（Ｓ４４３）。

ステップＳ４４３において透かし情報のビット値が“０”であると判定した場合（Ｓ４４３で“０”）、透かし情報検出部４２は、第１蝸牛遅延フィルタ３０２ａの逆フィルタを用いて、透かし入り信号に対して位相変調を施す（Ｓ４４４）。他方、透かし情報のビット値が“１”であると判定した場合（Ｓ４４３で“１”）、透かし情報検出部４２は、第２蝸牛遅延フィルタ３０２ｂの逆フィルタを用いて、透かし入り信号に対して位相変調を施す（Ｓ４４５）。

次に、透かし情報検出部４２は、当該フレームに埋め込まれている透かし情報のすべてのビットについて処理がなされたか否かを判定する（Ｓ４４６）。ここでまだ処理がなされていないビットがあると判定した場合（Ｓ４４６でＮＯ）、透かし情報検出部４２は、ステップＳ４４３へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。他方、すべてのビットについて処理がなされたと判定した場合（Ｓ４４６でＹＥＳ）、透かし情報検出部４２は、ステップＳ４４４及びＳ４４５により位相変調が施された信号を接合することにより、音源信号を復元する（Ｓ４４７）。

上記の原信号取得処理をすべてのフレームについて行い、それらを接続することにより、音源信号が取得されることになる。なお、透かし情報埋め込み処理の場合と同様に、フレームの接続箇所に不連続点が生じることにより知覚不可能性に影響が出ることを防止するために、接続部前のフレームの後ろ数点（１ｍｓ程度）をスプライン補間で滑らかにすることが望ましい。

上述したようにして音源信号を復元し、これを出力部４３にて出力することにより、音質劣化を発生させずに原信号の再生を行うことが可能になる。

（その他の実施の形態）
上述した各実施の形態では、音源信号に透かし情報を埋め込むために蝸牛遅延フィルタを用いているが、それ以外の手段により透かし情報の埋め込みを行うようにしてもよい。

また、上述した各実施の形態では、透かし情報として文字情報を用いているが、文字情報以外の情報、例えば音声情報及び画像情報等を透かし情報として音源信号に埋め込むようにしてもよい。

なお、透かし情報の出力装置として携帯電話機を利用することも想定される。例えば、災害時において携帯電話機の中継局が機能しなくなった場合に、透かし情報として埋め込まれた災害状況の画像情報又は避難場所等を示すマップ情報等を上述した各実施の形態のＡＭ受信機が携帯電話機に出力し、これを携帯電話機がディスプレイ上に出力することが考えられる。また、携帯電話機を用いて撮影された画像情報を当該携帯電話機が上述した各実施の形態のＡＭ送信機に出力し、これをＡＭ送信機が透かし情報として処理することにより、被災情報等の発信を行うことも可能である。

上述した各実施の形態のＡＭ受信機を自動車等に搭載することにより、次のような活用をすることもできる。例えば、ＡＭ受信機がＡＭラジオ放送をバックグラウンドで受信し、透かし情報として災害情報等の緊急情報を検出した場合に、その緊急情報の内容を自動車の運転者に呈示するようにする。限定された地域において不特定多数のユーザに情報提供ができるというＡＭラジオ放送の利点を用いることにより、自動車の運転者等に緊急情報を提供することができる。

また、上述した各実施の形態では、ＡＭラジオ放送での利用を前提としているが、それ以外の分野に応用することが可能である。例えば、山間部又は海上で用いられるトランシーバー等による無線通信に応用することができ、自然災害等の緊急情報の伝達に活用することが可能である。

インターネットにおけるＩＰ通信を用いてＡＭラジオ放送の番組を聴取できるサービスが普及している。このようなサービスはＩＰ通信により実現されているため、文字情報等を音源信号に付加することは容易に可能であるといえる。その場合、ＩＰ通信を介して音源信号を受信するときはパーソナルコンピュータ又は携帯電話機等の装置を用いてそれらの装置のディスプレイ上に文字情報等を出力する一方で、ＡＭラジオ放送を介して音源信号を受信するときは上述した各実施の形態のＡＭ受信機を用いて当該ＡＭ受信機のディスプレイ上に文字情報等を出力することにより、ＩＰ通信とＡＭラジオ放送との所謂サイマル放送を実現することが考えられる。これにより、ＩＰ通信とＡＭラジオ放送とを併用して文字情報等により災害時の緊急情報を提供することができ、より多くの人に緊急情報を伝達することが可能になる。

本発明の振幅変調信号送信装置及び振幅変調信号受信装置、並びに振幅変調信号送信方法及び振幅変調信号受信方法はそれぞれ、例えばＡＭラジオ放送用の振幅変調信号の送受信を行う装置及び方法等として有用である。

１ ＡＭ送信機
１０ 透かし情報埋込部
１０１ 符号化部
１０２ａ 第１蝸牛遅延フィルタ
１０２ｂ 第２蝸牛遅延フィルタ
１０３ 選択的荷重和接合部
１１ 振幅変調信号生成部
１２ 送信部
１３ アンテナ
２ ＡＭ受信機
２０ 受信部
２１ 振幅復調部
２２ 透かし情報検出部
２２１ａ，２２１ｂ 位相算出部
２２２ 位相差検出部
２２３ 復号部
２３ 出力部
２４ アンテナ
３ ＡＭ送信機
３０ 透かし情報埋込部
３０１ フレーム処理部
３０２ａ 第１蝸牛遅延フィルタ
３０２ｂ 第２蝸牛遅延フィルタ
３０３ フィルタ選択部
３１ 振幅変調信号生成部
３２ 送信部
３３ アンテナ
４ ＡＭ受信機
４０ 受信部
４１ 振幅復調部
４２ 透かし情報検出部
４２１ フレーム処理部
４２２ａ 第１チャープｚ変換部
４２２ｂ 第２チャープｚ変換部
４２３ ビット値検出部
４３ 出力部
４４ アンテナ

Claims (16)

1. 伝送対象の音源信号を位相変調することによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込む透かし情報埋込手段と、
   前記透かし情報埋め込み手段によって前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を振幅変調することにより振幅変調信号を生成する振幅変調信号生成手段と、
   前記振幅変調信号生成手段によって生成された振幅変調信号を送信する送信手段と
   を備える、振幅変調信号送信装置。
2. 蝸牛遅延特性を模擬した蝸牛遅延フィルタをさらに備え、
   前記透かし情報埋込手段が、前記蝸牛遅延フィルタを用いて前記音源信号に対して蝸牛遅延を与えることによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込むように構成されている、
   請求項１に記載の振幅変調信号送信装置。
3. 前記振幅変調信号生成手段が、前記透かし情報埋め込み手段によって前記透かし情報が埋め込まれた音源信号が上側波帯及び下側波帯の一方で伝送され、透かし情報が埋め込まれる前の音源信号がその他方で伝送される振幅変調信号を生成するように構成されている、
   請求項１又は２に記載の振幅変調信号送信装置。
4. 複数の異なる蝸牛遅延フィルタを備えており、
   前記透かし情報埋込手段が、
   前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのそれぞれを用いて、前記音源信号に対して蝸牛遅延を与えることによって、複数の異なる蝸牛遅延が与えられた音源信号を生成する第１音源信号生成手段と、
   透かし情報に応じて、前記第１音源信号生成手段によって生成された複数の音源信号の中から一の音源信号を選択し、選択した音源信号同士を接合することによって、透かし情報が埋め込まれた音源信号を生成する第２音源信号生成手段と
   を具備する、請求項２に記載の振幅変調信号送信装置。
5. 前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのそれぞれが、人間の聴覚に生じる蝸牛遅延の０倍乃至１／２倍の蝸牛遅延を音源信号に付与するように構成されており、そのうちの少なくとも一つの蝸牛遅延フィルタが人間の聴覚に生じる蝸牛遅延の０倍よりも大きな蝸牛遅延を与えるように構成されている、
   請求項４に記載の振幅変調信号送信装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の振幅変調信号送信装置から送信された振幅変調信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得する音源信号取得手段と、
   前記音源信号取得手段によって取得された音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出する透かし情報検出手段と
   を備える、振幅変調信号受信装置。
7. 前記音源信号取得手段が、前記受信手段によって受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号と透かし情報が埋め込まれる前の音源信号とを取得するように構成され、
   前記透かし情報検出手段が、前記音源信号取得手段によって取得された、透かし情報が埋め込まれる後の音源信号と埋め込まれる前の音源信号との位相差を検出し、当該位相差に基づいて、音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するように構成されている、
   請求項６に記載の振幅変調信号受信装置。
8. 請求項２に記載の振幅変調信号送信装置から送信された振幅変調信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得する音源信号取得手段と、
   前記音源信号取得手段によって取得された音源信号に基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定する蝸牛遅延特性推定手段と、
   前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された蝸牛遅延特性に基づいて、前記音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出する透かし情報検出手段と
   を備える、振幅変調信号受信装置。
9. 前記蝸牛遅延特性推定手段が、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定することにより、蝸牛遅延特性を推定するように構成されている、
   請求項８に記載の振幅変調信号受信装置。
10. 前記蝸牛遅延特性推定手段が、チャープｚ変換を用いて、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定するように構成されている、
    請求項９に記載の振幅変調信号受信装置。
11. 伝送対象の音源信号を位相変調することによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込むステップ（ａ）と、
    前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を振幅変調することにより振幅変調信号を生成するステップ（ｂ）と、
    前記生成された振幅変調信号を送信するステップ（ｃ）と
    を有する、振幅変調信号送信方法。
12. 前記ステップ（ａ）において、蝸牛遅延特性を模擬した蝸牛遅延フィルタを用いて前記音源信号に対して蝸牛遅延を与えることによって、透かし情報を前記音源信号に埋め込む、
    請求項１１に記載の振幅変調信号送信方法。
13. 前記ステップ（ｂ）において、前記透かし情報が埋め込まれた音源信号が上側波帯及び下側波帯の一方で伝送され、透かし情報が埋め込まれる前の音源信号がその他方で伝送される振幅変調信号を生成する、
    請求項１１又は１２に記載の振幅変調信号送信方法。
14. 請求項１１乃至１３の何れかに記載の振幅変調信号送信方法により送信された振幅変調信号を受信するステップ（ａ）と、
    前記受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得するステップ（ｂ）と、
    前記取得された音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するステップ（ｃ）と
    を有する、振幅変調信号受信方法。
15. 前記ステップ（ｂ）において、前記受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号と透かし情報が埋め込まれる前の音源信号とを取得し、
    前記ステップ（ｃ）において、前記取得された透かし情報が埋め込まれる後の音源信号と埋め込まれる前の音源信号との位相差を検出し、当該位相差に基づいて、音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出する、
    請求項１４に記載の振幅変調信号受信方法。
16. 請求項１２に記載の振幅変調信号送信方法により送信された振幅変調信号を受信するステップ（ａ）と、
    前記受信された振幅変調信号を振幅復調することにより前記透かし情報が埋め込まれた音源信号を取得するステップ（ｂ）と、
    前記取得された音源信号に基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定するステップ（ｃ）と、
    前記推定された蝸牛遅延特性に基づいて、前記音源信号に埋め込まれた透かし情報を検出するステップ（ｄ）と
    を有する、振幅変調信号受信方法。
    

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