JP4831334B2 - 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 PDF

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Description

本発明は、ＣＤ・ＤＶＤ等を用いた民生・業務用途における鑑賞用のパッケージ音楽分野、放送事業者等が商業目的で配信する放送・ネットワーク音楽配信分野における音楽著作権の保護（不正コピーの監視）および音楽属性情報の提供（楽曲タイトル検索サービス）分野、ミュージアム、イベント会場における展示説明ナレーションに連動した文字情報の提供サービス分野、放送番組やＣＤ／ＤＶＤパッケージの音声信号からＵＲＬなどの情報を抽出し、携帯電話を用いて所定のコンテンツに関連するｗｅｂサイトにアクセスして詳細情報を抽出したり、アンケートに回答したりする非接触なインターネットのゲートウェイサービス分野に関する。
最近、流れている音楽のタイトル等を知ることができる楽曲属性情報の提供サービスとして、放送された音楽に対して日時と地域を放送局に照会したり、携帯電話で流れている音楽断片を録音してデータベースに登録されているメロディーと照合したりするサービスが実用化されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１、２に記載の発明では、録音した音楽の断片と、データベースに登録されているメロディーと照合するため、データベースに登録される楽曲が増えると、処理負荷が増え、類似したメロディーを誤判定する可能性が増える。そこで、曲名やアーチスト情報などの楽曲属性情報を不可聴な電子透かしとして音響信号に埋め込む手法も提案されている（例えば、特許文献３〜６参照）。
特許文献１〜６に記載の手法では、埋め込み可能な情報量が少なく、音質が少なからず劣化し、各種信号処理により透かし情報が消失し、またアナログコピーに対しては、透かし検出が困難であるという問題がある。そこで、本出願人は、複数チャンネル有する音響信号の低周波成分の比率を属性情報のビット値に応じて変更することにより、属性情報（付加情報）を埋め込む手法を提案した（特許文献７参照）。
特許文献７に記載の発明は、ステレオ音響信号にのみ対応したものであったが、本出願人は、モノラル音響信号にも対応可能なように改良を加え、低周波成分のうち、より高い低周波成分とより低い低周波成分を利用して付加情報を埋め込む手法を提案した（特許文献８参照）。
特許文献８に記載の発明では、低い方の低周波数帯が、一般的なマイクロフォンの感度範囲に含まれないことになる場合が多く、埋め込まれた情報を正しく識別することができない場合が生じるため、本出願人は、音響信号の所定区間における低周波成分の先頭部分と後部部分のスペクトル強度の割合を変更することにより、付加情報を埋め込む手法を提案した（特許文献９参照）。
さらに、本出願人は、特許文献８、９に記載の発明のそれぞれの特徴を組み合わせ低周波領域における複数の低周波数帯の成分分布と、低周波成分のうち時間的に前部の成分と後部の成分分布を組み合わせて埋め込む符号の区別を行うことにより、より多くの情報を埋め込む手法を提案した（特許文献１０参照）。
特開２００２−２５９４２１号公報 特開２００３−１５７０８７号公報 特開平１１−１４５８４０号公報 特開平１１−２１９１７２号公報 特許第３３２１７６７号公報 特開２００３−９９０７７号公報 特願２００５−５１５７号 特願２００５−５８８２４号 特願２００５−１４７７４３号 特願２００６−２０６５７８号
上記特許文献１０に記載の発明では、低周波領域において、その強度を変更すべき低周波数帯をより多数に区分していくことにより、より多くの情報を埋め込むことが可能となるが、区分する数が多くなりすぎると、１つの低周波数帯の範囲が狭くなりすぎ、抽出側において上手く検出できないため、区分可能な低周波数帯の数には限界がある。
そうすると、１つの音響フレームに対して埋め込むことができる情報量も５〜６ビットが限界となり、ＡＳＣＩＩコード等の文字情報の場合、１つの文字を１つの音響フレームに埋め込むことが困難となる。１つの音響フレームに１つの文字を埋め込むことができない場合、複数の音響フレームに跨って１つの文字を埋め込むことになるが、この場合、後の音響フレームには、前の音響フレームからの続きであるのか、新規な文字が埋め込まれているのか等の情報を埋め込む必要があり、全体として情報の埋め込み効率が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、低周波領域における複数の低周波数帯を利用して情報を埋め込む場合に、より埋め込み効率を高めることが可能な音響信号に対する情報の埋め込み装置、音響信号からの情報の抽出装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明では、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窓スペクトルから低周波領域における互いに重複しない４個のスペクトル集合を抽出するとともに、前記第３窓スペクトルから低周波領域における互いに重複しない４個のスペクトル集合を抽出し、文字コードで構成される前記付加情報の各バイトをより少ない種類の二進符号に変換し、前記変換により得られた二進符号のビットパターンに基づいて、前記抽出した計８個のスペクトル集合の強度を変更する低周波成分変更手段と、前記各スペクトル集合の強度が変更された低周波領域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を有する音響信号に対する情報の埋め込み装置を提供する。
また、本発明では、請求項１から請求項７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により聴取不能な状態で埋め込まれた付加情報を、音響信号から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４個の低周波数範囲のスペクトル集合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４個の低周波数範囲のスペクトル集合を抽出し、抽出した計８個の各スペクトル集合のスペクトル強度を算出し、当該強度の関係に基づいて、所定の二進符号のビットパターンを出力する符号化手段と、前記出力されたビットパターンを、所定の規則により変換して文字コードで構成される付加情報を抽出する付加情報抽出手段を有する音響信号からの情報の抽出装置を提供する。
本発明によれば、文字コードで構成される付加情報をより少ない種類の二進符号に変換し、この二進符号のビットパターンに基づいて、音響信号の低周波領域から抽出した８個のスペクトル集合の強度を変更するようにしたので、より埋め込み効率を高めることが可能となるという効果を奏する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（１．１．音響信号に対する情報の埋め込み装置）
まず、本発明第１の実施形態について説明する。図１は、本発明第１、第２の実施形態に共通の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１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１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。
音響フレーム読込手段１０は、付加情報の埋め込み対象とする元のステレオ音響信号の各チャンネルから所定数のサンプルを１フレームとして読み込む機能を有している。周波数変換手段２０は、音響フレーム読込手段１０が読み込んだ音響信号のフレームをフーリエ変換等により周波数変換してスペクトルを生成する機能を有している。低周波成分変更手段３０は、生成されたスペクトルの低周波領域から８つのスペクトル集合を抽出し、付加情報記憶部６２から抽出した付加情報に基づいて、各スペクトル集合の強度を変更する機能を有している。周波数逆変換手段４０は、強度が変更されたスペクトル集合を含むスペクトルに対して周波数逆変換を行うことにより、改変音響フレームを生成する機能を有している。改変音響フレーム出力手段５０は、生成された改変音響フレームを順次出力する機能を有している。記憶手段６０は、付加情報を埋め込む対象とするステレオ音響信号を記憶した音響信号記憶部６１と、ビット配列として構成され、ステレオ音響信号に埋め込まれる付加情報を記憶した付加情報記憶部６２と、付加情報埋め込み後の改変音響信号を記憶する改変音響信号記憶部６３を有しており、その他処理に必要な各種情報を記憶するものである。付加情報読込手段７０は、付加情報記憶部６２から付加情報を抽出し、所定のビットパターンに変換する機能を有している。なお、付加情報とは、音響情報に付加して埋め込むべき情報であり、タイトルやアーティスト名等の属性情報、および属性情報以外の他の情報を含むものである。図１に示した各構成手段は、現実には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。すなわち、コンピュータが、専用のプログラムに従って各手段の内容を実行することになる。
（１．２．埋め込み装置の処理動作）
次に、図１に示した音響信号に対する情報の埋め込み装置の第１の実施形態における処理動作ついて説明する。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。
音響フレームとしては、ＡタイプとＢタイプが存在する。Ａタイプの音響フレーム、Ｂタイプの音響フレームは、それぞれ同タイプの先行する音響フレームの最後のサンプルの次のサンプルを先頭サンプルとして設定される。そして、ＡタイプとＢタイプの音響フレームは互いに所定数（本実施形態では２０４８）のサンプルを重複して設定される。例えば、Ａタイプの音響フレームを先頭からＡ１、Ａ２、Ａ３…とし、Ｂタイプの音響フレームを先頭からＢ１、Ｂ２、Ｂ３…とすると、Ａ１はサンプル１〜４０９６、Ａ２はサンプル４０９７〜８１９２、Ａ３はサンプル８１９３〜１２２８８、Ｂ１はサンプル２０４９〜６１４４、Ｂ２はサンプル６１４５〜１０２４０、Ｂ３はサンプル１０２４１〜１４３３６となる。なお、ＡタイプとＢタイプは相対的なものであるので、どちらが先であっても良い。すなわち、上記とは逆にＡ１がサンプル２０４９〜６１４４、Ａ２がサンプル６１４５〜１０２４０、Ａ３がサンプル１０２４１〜１４３３６、Ｂ１がサンプル１〜４０９６、Ｂ２がサンプル４０９７〜８１９２、Ｂ３がサンプル８１９３〜１２２８８であっても良い。
周波数変換手段２０は、音響フレーム読込手段１０が読み込んだ音響フレームに対して、周波数変換を行って、その音響フレームのスペクトルであるフレームスペクトルを得る。具体的には、窓関数を利用して周波数変換を行う。周波数変換としては、フーリエ変換、ウェーブレット変換その他公知の種々の手法を用いることができる。本実施形態では、フーリエ変換を用いた場合を例にとって説明する。
一般に、所定の信号に対してフーリエ変換を行う場合、信号を所定の長さに区切って行う必要があるが、この場合、所定長さの信号に対してそのままフーリエ変換を行うと、擬似高調波成分が発生する。そこで、一般にフーリエ変換を行う場合には、ハニング窓と呼ばれる窓関数を用いて、信号の値を変化させた後、変化後の値に対してフーリエ変換を実行する。
本発明では、擬似高調波成分の発生を防止するためだけではなく、一つの音響フレームから、情報を埋め込むための複数の状態を作り出すため、複数の窓関数を用意し、一つの音響フレームに対して、各窓関数を利用してフーリエ変換を行い、複数のスペクトルを得る。複数の窓関数として、より良い効果を得るため、本実施形態では、図２（ｂ）〜（ｄ）に示したような第１窓関数Ｗ（１，ｉ）、第２窓関数Ｗ（２，ｉ）、第３窓関数Ｗ（３，ｉ）を用意し、抽出側で認識し易いようにした。第１窓関数Ｗ（１，ｉ）は、音響フレームの前部を抽出するためのものであり、図２（ｂ）に示すように前部の所定のサンプル番号ｉの位置において、最大値１をとり、後部においては、最小値０をとるように設定されている。どのサンプル番号の場合に最大値をとるかについては、窓関数Ｗ（１，ｉ）の設計によって異なってくるが、本実施形態では、後述する〔数式１〕で定義される。窓関数Ｗ（１，ｉ）を乗じることにより、図２（ａ）に示すような音響フレームの信号波形は、図２（ｆ）に示すように、前部に信号成分が残り、後部の信号成分が削除されたものとなり、これがフーリエ変換対象となる。
また、第２窓関数Ｗ（２，ｉ）は、音響フレームの中央部を抽出するためのものであり、図２（ｃ）に示すように、中央部の所定のサンプル番号ｉの位置において、最大値１をとり、前部、後部においては、最小値０をとるように設定されている。どのサンプル番号の場合に最大値をとるかについては、窓関数Ｗ（２，ｉ）の設計によって異なってくるが、本実施形態では、後述する〔数式２〕で定義される。窓関数Ｗ（２，ｉ）を乗じることにより、図２（ａ）に示すような音響フレームの信号波形は、図２（ｇ）に示すように、中央部に信号成分が残り、前部と後部の信号成分が除去されたものとなり、これがフーリエ変換対象となる。
また、第３窓関数Ｗ（３，ｉ）は、音響フレームの後部を抽出するためのものであり、図２（ｄ）に示すように、前部においては最小値０をとり、後部の所定のサンプル番号ｉの位置において、最大値１をとるように設定されている。どのサンプル番号の場合に最大値をとるかについては、窓関数Ｗ（３，ｉ）の設計によって異なってくるが、本実施形態では、後述する〔数式３〕で定義される。窓関数Ｗ（３，ｉ）を乗じることにより、図２（ａ）に示すような音響フレームの信号波形は、図２（ｈ）に示すように、前部の信号成分が除去され、後部に信号成分が残ったものとなり、これがフーリエ変換対象となる。このように前部、中央部、後部を抽出した後、フーリエ変換を実行するため、前部、中央部、後部に対応したスペクトルが得られることになる。１つの音響フレームにビット値を埋め込むためには、本来、前部と後部の２つに分けられれば良いのであるが、抽出側においては、必ずしも、信号を同期して読み込むことができるとは限らず、したがって、前部と後部をはっきりと区別するため、本発明では、埋め込み時に中央部の信号成分を常に除去し、前部と後部を時間的に分離することとしている（ただし、抽出時は前部と後部だけを解析すればよく、中央部は無視してよい）。本発明において用いる窓関数は、窓関数Ｗ（１，ｉ）と窓関数Ｗ（３，ｉ）が左右非対称であるため、抽出時において、埋め込まれていた情報の誤認識が起こりにくくなる。
また、本発明では、音響フレームを重複させて読み込み、奇数フレーム（または偶数フレーム）については、窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）を用い、偶数フレーム（または奇数フレーム）については、図２（ｅ）に示したような窓関数Ｗ（４，ｉ）を用いるようにした。
なお、本発明においては、音響フレームは重複して読み込まれる。すなわち、奇数番目の音響フレームと偶数番目の音響フレームは、所定数のサンプルを重複して読み込む。上記のように、奇数フレームと偶数フレームでは、用いられる窓関数が異なるが、奇数フレームと偶数フレームは単に奇数か偶数かの違いだけであるため、どちらに対して処理をどちらの処理を行っても良い。したがって、本明細書では、奇数フレーム、偶数フレームの一方をＡタイプフレーム、他方をＢタイプフレームと呼ぶことにする。本実施形態では、奇数フレームをＡタイプフレーム、偶数フレームをＢタイプフレームとして説明するが、逆に偶数フレームをＡタイプフレーム、奇数フレームをＢタイプフレームとしても良い。
本実施形態では、窓関数Ｗ（１，ｉ）〜Ｗ（４，ｉ）は、以下の〔数式１〕〜〔数式４〕で定義される。なお、図２において、横軸は時間軸（ｉ）である。ｉは、後述するように、各音響フレーム内のＮ個のサンプルに付した通し番号であるため時刻ｔに比例している。また、図２（ａ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）において縦軸は信号の振幅値（レベル）を示す。図２（ｂ）〜（ｅ）において縦軸は窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）、Ｗ（４，ｉ）の値を示しており、Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）、Ｗ（４，ｉ）の最大値はいずれも１である。
〔数式１〕
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
〔数式２〕
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（８π（ｉ−３Ｎ／８）／Ｎ）
Ｎ／２＜ｉ≦３Ｎ／４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
〔数式３〕
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）
〔数式４〕
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
なお、図２および上記〔数式１〕〜〔数式４〕から明らかなように、窓関数Ｗ（１，ｉ）とＷ（３，ｉ）は、互いに非対称な形状である。これは、後述する抽出側において、両者の識別を容易にするためである。また、窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）は、ｉが所定の値のときに最大値１をとり、ｉがその他の値をとる場合には、ｉの値に応じて単調増加、または単調減少する窓関数を分割したものであるため、窓関数Ｗ（１，ｉ）とＷ（３，ｉ）が定まると、窓関数Ｗ（２，ｉ）も必然的に定まる。このため、窓関数Ｗ（２，ｉ）は左右非対称の形状となっている。
本発明においては、奇数フレームと偶数フレームを、所定サンプルずつ重複して読み込むため、情報の埋め込みを行った後、音響信号に復元する際に、窓関数を乗じた奇数フレームと、窓関数Ｗを乗じた偶数フレームの重複サンプルを加算した場合に、ほぼ元の値に戻るようにしなければならない。このため、窓関数Ｗ（４，ｉ）の形状は、窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）の値に応じて必然的に定まる。すなわち、奇数フレームと偶数フレームの重複部分において、窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）、Ｗ（４，ｉ）を加算すると、全区間固定値１になるように定義されている。
周波数変換手段２０が、Ａタイプの音響フレームに対してフーリエ変換を行う場合は、左チャンネル信号Ｘｌ（ｉ）、右チャンネル信号Ｘｒ（ｉ）（ｉ＝０，…，Ｎ−１）に対して、３つの窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）を用いて、以下の〔数式５〕に従った処理を行い、左チャンネルに対応する変換データの実部Ａｌ（１，ｊ）、Ａｌ（２，ｊ）、Ａｌ（３，ｊ）、虚部Ｂｌ（１，ｊ）、Ｂｌ（２，ｊ）、Ｂｌ（３，ｊ）、右チャンネルに対応する変換データの実部Ａｒ（１，ｊ）、Ａｒ（２，ｊ）、Ａｒ（３，ｊ）、虚部Ｂｒ（１，ｊ）、Ｂｒ（２，ｊ）、Ｂｒ（３，ｊ）を得る。なお、窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）は、それぞれ音響フレームの前部（先頭）付近、中央付近、後部付近において値が大きくなる関数となっている。
〔数式５〕
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）
周波数変換手段２０が、Ｂタイプの音響フレームに対してフーリエ変換を行う場合は、左チャンネル信号Ｘｌ（ｉ）、右チャンネル信号Ｘｒ（ｉ）（ｉ＝０，…，Ｎ−１）に対して、窓関数Ｗ（４，ｉ）を用いて、以下の〔数式６〕に従った処理を行い、左チャンネルに対応する変換データの実部Ａｌ（４，ｊ）、虚部Ｂｌ（４，ｊ）、右チャンネルに対応する変換データの実部Ａｒ（４，ｊ）、虚部Ｂｒ（４，ｊ）を得る。
〔数式６〕
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）
上記〔数式５〕〔数式６〕において、ｉは、各音響フレーム内のＮ個のサンプルに付した通し番号であり、ｉ＝０，１，２，…Ｎ−１の整数値をとる。また、ｊは周波数の値について、値の小さなものから順に付した通し番号であり、ｉと同様にｊ＝０，１，２，…Ｎ／２−１の整数値をとる。サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚ、Ｎ＝４０９６の場合、ｊの値が１つ異なると、周波数が１０．８Ｈｚ異なることになる。
上記〔数式５〕〔数式６〕に従った処理を実行することにより、各音響フレームの信号成分に窓関数を作用させた信号成分についてのスペクトルが得られる。続いて、低周波成分変更手段３０が、生成されたスペクトルの低周波領域から所定数のスペクトル集合を抽出する。人間の聴覚は、２００〜３００Ｈｚ程度までの低周波成分については、方向性を感知しにくくなっていることが知られている（コロナ社１９９０年１０月３０日発行「音響工学講座１．基礎音響工学、日本音響学会編」ｐ２４７図９・２６参照）。したがって、特許文献７〜９に記載の発明においては、低周波成分を２００〜３００Ｈｚ程度以下としていた。しかし、本出願人による研究の結果、最低周波数帯における成分を削除した場合は、４００Ｈｚ付近においても方向性を感知しにくくなることがわかった。そこで、本実施形態では、０〜１５０Ｈｚ付近の最低周波数帯の成分を除去し、１５０〜４００Ｈｚ程度の低周波領域に情報を埋め込むことにしている。さらに、本実施形態では、埋め込み対象とする低周波領域において４つの低周波数帯を設定し、それぞれに対して加工を行うようにしている。
ここで、図３に、本実施形態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３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。本実施形態では、低周波領域のうち４つの低周波数帯の分布と、低周波成分のうち時間的に前部の成分と後部の成分の分布を組み合わせて埋め込む符号の区別を行う。
本実施形態では、図３（ａ）に示すような原状態の低周波成分に対して、符号０を埋め込む場合、Ｌ-chの信号の低周波成分を全て除去し、除去した成分と同等の成分をＲ-chの信号の低周波成分に加算して図３（ｂ）に示すような状態に変更する。なお、図３においては、縦軸の周波数方向が５つに区分されており、最下部はギャップ領域である。このギャップ領域は、抽出対象であるＬ-chの信号においては、常に成分が除去され、除去された成分と同等の成分がＲ-chの信号の低周波成分に加算される。最下部にギャップ領域を設けることにより、埋め込み可能な低周波成分の上限を高くすることができる。５つに区分された低周波領域のうちギャップ領域以外の４つを、低い方から順に、第１低周波数帯、第２低周波数帯、第３低周波数帯、第４低周波数帯と定義する。図３（ｂ）に示すように、第１低周波数帯の前部におけるスペクトル集合をＳＰ１、第１低周波数帯の後部におけるスペクトル集合をＳＰ２、第２低周波数帯の前部におけるスペクトル集合をＳＰ３、第２低周波数帯の後部におけるスペクトル集合をＳＰ４、第３低周波数帯の前部におけるスペクトル集合をＳＰ５、第３低周波数帯の後部におけるスペクトル集合をＳＰ６、第４低周波数帯の前部におけるスペクトル集合をＳＰ７、第４低周波数帯の後部におけるスペクトル集合をＳＰ８で表現することとする。また、直流成分すなわち周波数０からスペクトル集合ＳＰ１およびＳＰ２の下限周波数Ｆ１までのギャップ領域をＧ１およびＧ２で表現することとする。
本発明では、上記のように各音響フレームの低周波領域における８つの低周波成分の状態を変更することにより、多数の状態に設定する。具体的には、８つのスペクトル集合のうち４つを強度が大きい状態、４つを強度が小さい状態に変更することにより、７０通りの状態に設定する。したがって、本実施形態では、１音響フレームに７０パターンの情報を埋め込むことが可能となる。８つの各スペクトル集合の状態を、強度が大きい状態、または強度が小さい状態のいずれかに変化させる場合、８つのスペクトル集合全てが強度が小さい状態である場合を除くと、理論的には２５５パターンの情報を埋め込むことが可能である。しかし、この場合、１つのスペクトル集合だけ強度が大きい状態であり、他の７つのスペクトル集合が強度が小さい状態となる等、低周波成分全体としての強度が小さくなった場合には、抽出側において、正しい抽出が困難となる場合が多い。そのため、本実施形態では、いずれの状態とする場合であっても、パターンを埋め込む場合には、８つのスペクトル集合のうち、４つのスペクトル集合を強度が大きい状態に設定することとしている。
本実施形態では、１音響フレームに７０パターンの情報を埋め込むことができるため、ビット配列をそのまま埋め込む場合には、６ビットまでの情報ならば対応することが可能になる。しかし、通常コンピュータ等で扱っている情報は最低でも７ビット以上になっていることが多い。したがって、本実施形態では、その点についても工夫をしている。具体的には、７ビットで表現されているＡＳＣＩＩコードのうち、目的によっては使用しないコードを削除した７０パターンに変換する処理を行っている。本実施形態で行うコード変換表を図４に示す。
図４において、ＡＳＣＩＩコードは１６進表記としている。ｃｈａｒａｃｔｅｒは、そのコードで表現されるｃｈａｒａｃｔｅｒを示している。パターンは埋め込み対象とする７０通りのパターン番号を示している。図４に示すようなコード変換表を用いれば、アルファベット全てとほとんどの記号を網羅することができ、ＵＲＬ等の情報を埋め込むには十分である。
本発明で、パターン１を埋め込む場合、図３（ｃ）に示すように、Ｌ-chの信号のＳＰ２、ＳＰ４、ＳＰ６、ＳＰ８の成分を除去し、除去した成分と同等の成分をＲ-chの信号に加算する。また、Ｌ-chの信号のＳＰ１、ＳＰ３、ＳＰ５、ＳＰ７の成分強度を高め、Ｒ-chの信号の前部の各スペクトル集合の強度を弱めている。この状態を“状態１”と呼ぶことにする。パターン７０を埋め込む場合は、図３（ｄ）に示すように、Ｌ-chの信号のＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ５、ＳＰ６の成分を除去し、除去した成分と同等の成分をＲ-chの信号に加算する。また、Ｌ-chの信号のＳＰ２、ＳＰ４、ＳＰ６、ＳＰ８の成分強度を高め、Ｒ-chの信号の対応する各スペクトル集合の強度を弱めている。
パターン１〜７０と各スペクトル集合の強度との関係を図５に示す。図５において、各スペクトル集合ＳＰ１〜ＳＰ８の値が“１”は、除去されていない状態、“０”は、除去された状態を示している。
ここで、第１の実施形態による周波数成分全体の状況を図６に示す。図６において、上下方向は周波数方向であり、ｊ＝２０４７は２２．０５ｋＨｚに対応している。図６においては、最低周波数帯をｊ＝０〜１４（０〜約１５０Ｈｚ）、埋め込み対象とする低周波数領域のうち、第１低周波数帯をｊ＝１５〜２０（約１６０〜２２０Ｈｚ）、第２低周波数帯をｊ＝２１〜２６（約２３０〜２８０Ｈｚ）、第３低周波数帯をｊ＝２７〜３２（約２９０〜３４０Ｈｚ）、第４低周波数帯をｊ＝３３〜３８（約３５０〜４１０Ｈｚ）とした場合を示している。また、網掛けの濃さは、信号成分の強度を概念的に示したものである。ｊ＝３９以上の高周波成分に対しては、変更を加えず、原音を維持することとしている。
また、図６においても、図３と同様、網掛けされた部分は、周波数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。また、Ｌ（左）信号、Ｒ（右）信号それぞれにおいては、左右方向を第１窓関数〜第３窓関数に対応した３つの時間帯に対応させている。各時間帯の中においては、左右方向は各信号成分の強度を表現している。
図６は、Ｌ信号におけるＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ６、ＳＰ７の成分強度を高め、ＳＰ１、ＳＰ４、ＳＰ５、ＳＰ８の成分強度を弱めた場合を示している。図３では、単純に各スペクトル集合の強度の強弱のみを示したが、図６では、各周波数（整数ｊに比例）に対応して示している。本発明では、各低周波数帯において、その周波数範囲における中央付近における値が大きくなるように周波数方向の値に応じて変化する窓関数Ｆを乗じるため、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ６、ＳＰ７の成分において、周波数方向の中央部分の成分が大きくなっていることがわかる。ただし、図６は、各低周波数帯における周波数の強度が中央部分で大きくなることをイメージ的に表現したものであり、図６のようにきれいな円弧になるのは、低周波数帯内の各ｊに対応した成分の値が全て等しい場合である。現実には、各低周波数帯における各ｊに対応した成分の値に応じて変化する。
低周波成分変更手段３０は、Ａタイプの音響フレームについて、付加情報読込手段７０が読み込んだビット値に応じて、スペクトル集合の強度を変更する処理を行う。本実施形態では、付加情報を１バイトずつ読み込み、これを７０通りのビットパターンに変換し、７０通りのパターンのいずれであるかを１音響フレームに対して埋め込む。埋め込まれるパターンは、図５に示した通り“１０１０１０１０”〜“００１１００１１”の７０通りがある。本実施形態では、これらをパターン１〜パターン７０と定義する。そして、低周波成分変更手段３０は、読み込んだパターン１〜パターン７０に応じて、低周波成分の状態を状態１〜状態７０のいずれかに変更する。具体的には、まず、低周波成分変更手段３０は、上記〔数式５〕により求めた左チャンネルの実部Ａｌ（１，ｊ）、Ａｌ（３，ｊ）、虚部Ｂｌ（１，ｊ）、Ｂｌ（３，ｊ）、右チャンネルの実部Ａｒ（１，ｊ）、Ａｒ（３，ｊ）、虚部Ｂｒ（１，ｊ）、Ｂｒ（３，ｊ）を利用して、以下の〔数式７〕により、強度値Ｅ1〜Ｅ8を算出する。
〔数式７〕
Ｅ1＝Σj=m,m+P-1｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m）・Ｃ
Ｅ2＝Σj=m,m+P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m）・Ｃ
Ｅ3＝Σj=m+P,m+2P-1｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−P）・Ｃ
Ｅ4＝Σj=m+P,m+2P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−P）・Ｃ
Ｅ5＝Σj=m+2P,m+3P-1｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−2P）・Ｃ
Ｅ6＝Σj=m+2P,m+3P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−2P）・Ｃ
Ｅ7＝Σj=m+3P,m+4P-1｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｃ
Ｅ8＝Σj=m+3P,m+4P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｃ
上記〔数式７〕中のＦ（ｊ）は周波数方向の値に応じて変化する窓関数であり、以下の〔数式８〕で定義されるものである。
〔数式８〕
Ｆ（ｊ）＝１．０−（ｊ−Ｐｒ）2／Ｐｒ2
上記〔数式８〕において、Ｐｒ＝Ｐ／２である。この窓関数Ｆ（ｊ）が描く曲線を図７に示す。図７に示すように、窓関数Ｆ（ｊ）は、第１〜第４の各低周波数帯における周波数の中心部分に重みを大きくした関数となっている。実際に窓関数Ｆ（ｊ）を適用する際には、各低周波数帯の下限であるｍ、ｍ＋Ｐ、ｍ＋２Ｐ、ｍ＋３Ｐだけｊの値を補正して適用することになる。
また、上記〔数式７〕中のＣは固定係数であり、周波数窓関数を利用することにより低減する強度を補正する。この固定係数Ｃは、以下の〔数式９〕で定義される。
〔数式９〕
Ｃ＝１．０／Σj=0,P-1Ｆ（ｊ）
上記〔数式７〕において、ｍはギャップ領域を除く低周波数帯の下限の成分の番号、Ｍは低周波領域の上限の成分の番号であり、Ｐ＝（Ｍ−ｍ）／４である。なお、Ｐが整数にならない場合、切捨て処理を行う。ｍ＝１５、Ｍ＝３９と設定すると、Ｐ＝６となり、図６に例示したスケールと同じになる。上記〔数式７〕により算出されたＥ1〜Ｅ8は音響フレームの所定の範囲におけるスペクトル集合の強度値を示すことになる。続いて、この強度値Ｅ1〜Ｅ8がレベル下限値Ｌｅｖ以上であるかどうかの判定を行う。レベル下限値Ｌｅｖは、音響信号Ｘｌ（ｉ）、Ｘｒ（ｉ）の振幅最大値が１に正規化されており、Ｍ＝３９に設定されている場合、０．２５に設定する。このＬｅｖ＝０．５という値は、経験的にアナログ変換への耐性が維持できるレベルであり、低周波成分が少ない場合は適宜下げることになるが、その場合は、アナログ変換により検出精度も低下することになる。
強度値Ｅ1〜Ｅ8がレベル下限値Ｌｅｖ以上であるかどうかを判断するのは、信号の強度が小さいと、信号を変化させても、その変化を抽出側で検出することができないためである。すなわち、各低周波スペクトル成分を十分な大きさとすることができるかどうかを判断することになる。
Ｅ1、Ｅ3、Ｅ5、Ｅ7がレベル下限値Ｌｅｖより大きく、埋め込むべきパターンが“パターン１”である場合、以下の〔数式１０〕に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態１”、すなわち、図３（ｃ）に示したような状態に変更する。
〔数式１０〕
ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−１、ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−１、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−１、ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−１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
さらに、ｊ＝ｍ，．．．，ｍ＋Ｐ−１の各成分に対して、
Ｅ（１,ｊ）＝｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2＋Ａｒ（１,ｊ）2＋Ｂｒ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m）・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m）・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m））・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m））・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋Ｐ，．．．，ｍ＋２Ｐ−１の各成分に対して、
Ｅ（１,ｊ）＝｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2＋Ａｒ（１,ｊ）2＋Ｂｒ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−P））・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−P））・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋２Ｐ，．．．，ｍ＋３Ｐ−１に対して、
Ｅ（１,ｊ）＝｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2＋Ａｒ（１,ｊ）2＋Ｂｒ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−2P）・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−2P）・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−2P））・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−2P））・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋３Ｐ，．．．，ｍ＋４Ｐ−１の各成分に対して、
Ｅ（１,ｊ）＝｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2＋Ａｒ（１,ｊ）2＋Ｂｒ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−3P））・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−3P））・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
上記〔数式１０〕においては、ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−１、ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−１、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−１、ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−１において、Ａｌ´（３，ｊ）、Ｂｌ´（３，ｊ）を共に０としている。これは、図３（ｃ）の上段に示すように、L-chにおいて、ＳＰ２、ＳＰ４、ＳＰ６、ＳＰ８内の各成分を０にすることを示しているが、“状態１”はＳＰ１、ＳＰ３、ＳＰ５、ＳＰ７との差を明確にすることができれば十分であるため、必ずしも０にする必要はなく、十分に小さな値であれば良い。
Ｅ3、Ｅ4、Ｅ7、Ｅ8がレベル下限値Ｌｅｖより大きく、埋め込むべきパターンが“パターン７０”である場合、以下の〔数式１１〕に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態７０”、すなわち、図３（ｄ）に示したような状態に変更する。
〔数式１１〕
ｊ＝ｍ，．．．，ｍ＋Ｐ−１およびｊ＝ｍ＋２Ｐ，．．．，ｍ＋３Ｐ−１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
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−１の各成分に対して、
Ｅ（１,ｊ）＝｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2＋Ａｒ（１,ｊ）2＋Ｂｒ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−Ｐ）・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−Ｐ）・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−Ｐ））・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−Ｐ））・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（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
Ａｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−Ｐ）・Ａｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−Ｐ）・Ｂｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（３,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−Ｐ））・Ａｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（３,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−Ｐ））・Ｂｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋３Ｐ，．．．，ｍ＋４Ｐ−１の各成分に対して、
Ｅ（１,ｊ）＝｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2＋Ａｒ（１,ｊ）2＋Ｂｒ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−３Ｐ）・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（１,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−３Ｐ）・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−３Ｐ））・Ａｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（１,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−３Ｐ））・Ｂｌ（１,ｊ）・Ｅ（１,ｊ）／｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（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
Ａｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−３Ｐ）・Ａｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−３Ｐ）・Ｂｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ａｒ´（３,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−３Ｐ））・Ａｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ｂｒ´（３,ｊ）＝（１．０−Ｆ（ｊ−m−３Ｐ））・Ｂｌ（３,ｊ）・Ｅ（３,ｊ）／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
上記〔数式１１〕においては、ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−１、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−１において、Ａｌ´（１，ｊ）、Ｂｌ´（１，ｊ）、Ａｌ´（３，ｊ）、Ｂｌ´（３，ｊ）を共に０としている。これは、図３（ｄ）の上段に示すように、L-chにおいて、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ５、ＳＰ６内の各成分を０にすることを示しているが、“状態７０”はＳＰ３、ＳＰ４、ＳＰ７、ＳＰ８との差を明確にすることができれば十分であるため、必ずしも０にする必要はなく、十分に小さな値であれば良い。
なお、パターン２〜６９を埋め込む場合も、Ｅ1〜Ｅ8のうち埋め込むべきパターンに対応する４つがレベル下限値Ｌｅｖより大きい場合、〔数式１０〕〔数式１１〕に対応する数式に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態２”〜 “状態６９”のいずれかの状態に変更する。
上記〔数式１０〕〔数式１１〕または対応する数式に従った処理を実行し、低周波成分の状態を“状態１”〜“状態７０”に変更した場合、いずれの場合であっても、さらに以下の〔数式１２〕に従った処理を実行し、最低周波数帯におけるギャップ領域Ｇ１、Ｇ２を設ける。Ｍ−ｍの値が４で割り切れない場合には、最上位の第４低周波数帯の高周波側にさらにギャップ領域を設ける。また、L-chにおいて、第２窓関数に対応する成分については、ｊ＝０〜Ｍ−１の全てについて除去する。
〔数式１２〕
ｊ＝０〜ｍ−１、ｍ＋４Ｐ〜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
パターンを埋め込む場合、埋め込まれる側の低周波成分の強度が小さすぎると、信号を変化させても、その変化を抽出側で検出することができない。そこで、このような場合には、情報が埋め込まれている音響フレームとの違いを明確にするため、以下の〔数式１３〕に従った処理を実行し、その低周波成分を除去する。この状態を“状態０”と呼ぶことにする。これは、図３（ｂ）に示すような状態である。
〔数式１３〕
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
上記のように、Ａタイプの音響フレームに対しては、埋め込むべきビット値に応じて、低周波成分の変更を行う必要があるため、低周波成分変更手段３０は、上記〔数式１０〕〔数式１１〕等に従った処理を実行する。ところが、Ｂタイプの音響フレームは、Ａタイプの音響フレームのみの場合に生じる両端部分の不連続性を防止するために用いられるものであるので、ビット値に応じて低周波成分の変更を行う必要はない。そこで、低周波成分変更手段３０は、Ｂタイプの音響フレームについては、以下の〔数式１４〕に従った処理を実行し、常に左信号の低周波成分を除去する。
〔数式１４〕
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
周波数逆変換手段４０は、上記のようにして、低周波成分の状態が変更されたフレームスペクトルを周波数逆変換して改変音響フレームを得る処理を行う。この周波数逆変換は、当然のことながら、周波数変換手段２０が実行した手法に対応していることが必要となる。本実施形態では、周波数変換手段２０において、フーリエ変換を施しているため、周波数逆変換手段４０は、フーリエ逆変換を実行することになる。
具体的には、Ａタイプの音響フレームに対しては、周波数逆変換手段４０は、上記〔数式１０〕〔数式１１〕等により得られたスペクトルの左チャンネルの実部Ａｌ´（１，ｊ）等、虚部Ｂｌ´（１，ｊ）等、右チャンネルの実部Ａｒ´（１，ｊ）等、虚部Ｂｒ´（１，ｊ）等を用いて、以下の〔数式１５〕に従った処理を行い、Ｘｌ´（ｉ）、Ｘｒ´（ｉ）を算出する。なお、上記〔数式１０〕〔数式１１〕等において改変されていない周波数成分については、Ａｌ´（１，ｊ）等として、元の周波数成分であるＡｌ（１，ｊ）等を用いる。
〔数式１５〕
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）
上記〔数式１５〕においては、式が繁雑になるのを防ぐため、Σj=0,…,N-1をΣjとして示している。上記〔数式１５〕における第１式の“＋Ｘｌｐ（ｉ＋Ｎ／２）”、第２式の“＋Ｘｒｐ（ｉ＋Ｎ／２）”の項は、直前に改変された改変音響フレームのデータＸｌｐ（ｉ）、Ｘｒｐ（ｉ）が存在する場合に、時間軸上Ｎ／２サンプル分重複することを考慮して加算するためのものである。上記〔数式１５〕によりＡタイプの改変音響フレームの左チャンネルの各サンプルＸｌ´（ｉ）、右チャンネルの各サンプルＸｒ´（ｉ）、が得られることになる。
Ｂタイプの音響フレームに対しては、周波数逆変換手段４０は、上記〔数式１４〕により得られたスペクトルの左チャンネルの実部Ａｌ´（４，ｊ）、虚部Ｂｌ´（４，ｊ）、右チャンネルの実部Ａｒ´（４，ｊ）、虚部Ｂｒ´（４，ｊ）を用いて、以下の〔数式１６〕に従った処理を行い、Ｘｌ´（ｉ）、Ｘｒ´（ｉ）を算出する。なお、上記〔数式１４〕において改変されていない周波数成分については、以下の〔数式１６〕においてはＡｌ´（４，ｊ）、Ｂｌ´（４，ｊ）、Ａｒ´（４，ｊ）、Ｂｒ´（４，ｊ）として、元の値であるＡｌ（４，ｊ）、Ｂｌ（４，ｊ）、Ａｒ（４，ｊ）、Ｂｒ（４，ｊ）を用いる。
〔数式１６〕
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）
上記〔数式１６〕によりＢタイプの改変音響フレームの左チャンネルの各サンプルＸｌ´（ｉ）、右チャンネルの各サンプルＸｒ´（ｉ）、が得られることになる。
改変音響フレーム出力手段５０は、周波数逆変換手段４０の処理により得られたＡタイプの改変音響フレーム、Ｂタイプの改変音響フレームを順次出力ファイルに出力する。
次に、図１に示した音響信号に対する情報の埋め込み装置の処理の全体的な流れを、図８のフローチャートに従って説明する。図１に示した装置を構成する各構成要素は、連携して図８に従った処理を実行する。図８は、付加情報１ワード分の処理に対応したものとなっている。１ワードとしては、任意のビット数に設定することができるが、上述のように、本実施形態では付加情報をＡＳＣＩＩコードで構成しているため、実質７ビットの先頭にビット値“０”を付加した１バイト（８ビット）としている。また、情報の埋め込みは、Ａタイプの音響フレームに対して行われるので、図８は、Ａタイプの音響フレームについての説明となっている。Ｂタイプの音響フレームについては、Ａタイプの音響フレームと並行して、音響フレーム読込手段１０により読み込まれ、窓関数Ｗ（４，ｉ）を利用して周波数変換手段２０により周波数変換された後、低周波成分変更手段３０により低周波成分が除去され、周波数逆変換手段４０により周波数逆変換された後、改変音響フレーム出力手段５０により出力される。
図８においては、まず、付加情報読込手段７０は、付加情報記憶部６２に記憶された付加情報ファイルから付加情報を１ワード単位で読み込み（Ｓ１０１）、７０パターンのビット配列に変換する（Ｓ１０２）。具体的には、上述のように、図４に従って、付加情報として読み込んだＡＳＣＩＩコードを、パターン１〜パターン７０のいずれかのビット配列に変換する。各パターンのビット配列は、図５に示したようになっている。
続いて、音響フレーム読込手段１０が、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（Ｓ１０４）。
続いて、周波数変換手段２０および低周波成分変更手段３０が、音響フレームの低周波成分の状態を“状態１”〜“状態７０”のいずれかに変更する処理を行う（Ｓ１０５）。具体的には、読み込んだ音響フレームに対して周波数変換を行って、その音響フレームのスペクトルを得る。すなわち、各音響フレームについて、３つの窓関数Ｗ（１，ｉ）、Ｗ（２，ｉ）、Ｗ（３，ｉ）を用いて、上記〔数式５〕に従った処理を行うことになる。
続いて、低周波成分変更手段３０は、上記〔数式７〕によりＥ1〜Ｅ8を算出する。そして、付加情報読込手段７０から受け取ったパターン１〜パターン７０に応じて上記〔数式１０〕〔数式１１〕等に従った処理を実行し、低周波成分の状態を“状態１”〜“状態７０”のいずれかに変更する。
Ｓ１０５において、“状態１”〜“状態７０”のいずれにも変更することができない場合は、低周波成分を“状態０”とする処理を行う（Ｓ１０６）。具体的には、上記〔数式１３〕に従った処理を実行することになる。“状態１”〜“状態７０” のいずれにも変更することができない場合とは、埋め込むべきパターンに対応する強度値Ｅのいずれかが、レベル下限値Ｌｅｖ以下となっている場合である。例えば、パターン１を埋め込む場合、Ｅ1、Ｅ3、Ｅ5、Ｅ7が共にレベル下限値Ｌｅｖより大きい必要があるため、Ｅ1、Ｅ3、Ｅ5、Ｅ7のいずれかがＬｅｖ以下である場合は、Ｓ１０６に進むことになる。
上記〔数式１３〕に従った処理を実行することにより、左チャンネルのフレームスペクトルの低周波数成分は、スペクトル集合ＳＰ１〜ＳＰ８全てにおいて、“０” で同一となる。なお、上記〔数式１３〕においては、ｊ＝０〜Ｍ−１の各成分に対してＡｌ´（ｊ）＝Ｂｌ´（ｊ）＝０としているが、抽出側において、“状態１”〜“状態７０”のいずれでもないことを認識可能とすることを目的としているため、十分小さな値であれば、必ずしも０とする必要はない。また、必ずしも８つのスペクトル成分の値が同一である必要はなく、差が小さければ良い。
次に、周波数逆変換手段４０が、上記Ｓ１０５、Ｓ１０６の処理により各低周波成分のスペクトル集合の強度が変更された音響フレームのスペクトルを周波数逆変換して改変音響フレームを得る処理を行う（Ｓ１０７）。この周波数逆変換は、当然のことながら、周波数変換手段２０がＳ１０５において実行した手法に対応していることが必要となる。本実施形態では、周波数変換手段２０において、フーリエ逆変換を施しているため、周波数逆変換手段４０は、フーリエ逆変換を実行することになる。具体的には、上記〔数式１０〕〜〔数式１３〕等により得られたスペクトルの左チャンネルの実部Ａｌ´（１，ｊ）等、虚部Ｂｌ´（１，ｊ）等、右チャンネルの実部Ａｒ´（１，ｊ）等、虚部Ｂｒ´（１，ｊ）等を用いて、上記〔数式１５〕に従った処理を行い、Ｘｌ´（ｉ）、Ｘｒ´（ｉ）を算出する。
改変音響フレーム出力手段５０は、得られた改変音響フレームを順次出力ファイルに出力する。こうして１つの音響フレームに対する処理を終えたら、状態０に設定した場合には、音響フレーム読込手段１０が、次の音響フレームを読み込む（Ｓ１０４）。一方、状態１〜状態７０のいずれかに設定した場合には、付加情報読込手段７０が次のワードを読み込む（Ｓ１０１）。以上のような処理を音響信号の両チャンネルの全サンプルに渡って実行していく。すなわち、所定数のサンプルを音響フレームとして読み込み、音響信号から読み込むべき音響フレームがなくなったら（Ｓ１０４）、処理を終了する。付加情報の全ワードに対して処理が終了した場合は、付加情報の先頭ワードに戻って処理を行う。この結果、全ての音響フレームに対して処理を行った全ての改変音響フレームが出力ファイルに記録されて、改変音響信号として得られる。得られた改変音響信号は、記憶手段６０内の改変音響信号記憶部６３に出力され、記憶される。
上記のようにして得られた改変音響信号の左チャンネルのうち、付加情報が埋め込まれている部分については、低周波成分は、上記状態０〜状態７０の７１通りの分布になる。しかし、高周波成分については、元の音響信号のままであるので、制作者の設定に基づいたさらに多数の種々な分布になる。また、上記の例で示したように、ステレオ音響信号を利用した場合には、左チャンネルにおいて変化させられた低周波成分は、上記〔数式１０〕〜〔数式１３〕等の処理からも明らかなように、必ず右チャンネルの低周波成分に付加されている。したがって、右チャンネルが左チャンネルにおいて削除された成分を補っているため、両チャンネル全体として見ると、信号の劣化がない。人間の聴覚は、高周波成分については、方向性を感知し易いが、低周波成分については、方向性を感知しにくくなっている。したがって、低周波成分が一方に偏っていても、聴いている人にとっては、通常の音響信号と変わりなく聴こえることになる。
（１．３．音響信号からの情報の抽出装置）
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。
音響信号入力手段１００は、流れている音声をデジタル音響信号として取得し、入力する機能を有している。現実には、マイクロフォンおよびＡ／Ｄ変換器により実現される。マイクロフォンとしては、低周波成分が検出可能なものであれば、モノラル無指向性のものであっても、ステレオ指向性のものであっても使用可能である。ステレオ指向性のものであっても一方のチャンネルだけ利用すれば良い。また、図１に示した装置で情報の埋め込みを行った場合には、特別精度の高いものでなく、一般的な精度のマイクロフォンを用いても情報の抽出が可能となる。基準フレーム獲得手段１１０は、入力されたデジタルのモノラル音響信号（あるいはステレオ音響信号の１チャンネル）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読み込む機能を有している。位相変更フレーム設定手段１２０は、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た音響フレームを位相変更フレームとして設定する機能を有している。周波数変換手段１３０は、図１に示した周波数変換手段２０と同様の機能を有している。
符号判定パラメータ算出手段１４０は、生成されたスペクトルの低周波領域から所定の周波数帯に対応する各スペクトル集合を抽出し、各スペクトル集合の強度値ＥC1〜ＥC8を以下の〔数式１７〕に基づいて算出し、この強度値ＥC1〜ＥC8を符号判定パラメータとし、この符号判定パラメータＥC1〜ＥC8の比率等に基づいて、所定の状態であると判断する機能を有している。以下の〔数式１７〕は上記〔数式７〕において右チャンネル成分を削除したもので、抽出時には右チャンネル成分を参照しないためである。
〔数式１７〕
ＥC1＝Σj=m,m+P-1｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m）・Ｃ
ＥC2＝Σj=m,m+P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m）・Ｃ
ＥC3＝Σj=m+P,m+2P-1｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−P）・Ｃ
ＥC4＝Σj=m+P,m+2P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−P）・Ｃ
ＥC5＝Σj=m+2P,m+3P-1｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−2P）・Ｃ
ＥC6＝Σj=m+2P,m+3P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−2P）・Ｃ
ＥC7＝Σj=m+3P,m+4P-1｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｃ
ＥC8＝Σj=m+3P,m+4P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝・Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｃ
符号出力手段１５０は、１つの基準フレームに対応する音響フレーム（基準フレームおよび位相変更フレーム）の中から最適な位相であると判断されるものを判断し、その音響フレームの状態に対応する符号を出力する機能を有している。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７０通りのビットパターンを、ＡＳＣＩＩコードに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。
（１．４．抽出装置の処理動作）
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、ＨＬ２、…、ＨＬ７０、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〜ＨＬ７０は、パターン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１７〕で算出されるスペクトル集合の強度値ＥC1〜ＥC8のうち対応する４つの和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（区切り又は埋め込みエラーを示す情報と同一）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。
このように、初期値が設定されている状態で、利用者が流れている音楽について、その楽曲名等の属性情報を知りたいと思った場合、まず、抽出装置に対して、抽出装置としての起動の指示を行う。これは、例えば、抽出装置を携帯電話機等の携帯端末で実現している場合は、所定のボタンを操作することにより実行できる。抽出装置は、指示が入力されると、音響信号入力手段１００が、流れている音楽を録音し、デジタル化してデジタル音響信号として入力する。具体的には、無指向性マイクロフォン（または指向性マイクロフォンの一方のチャンネル）から入力される音声を、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化する処理を行うことになる。
続いて、基準フレーム獲得手段１１０が、音響信号入力手段１００から入力された音響信号から、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抽出する（Ｓ２０１）。具体的には、基準フレームを抽出して音響フレーム保持手段１７０に読み込むことになる。基準フレーム獲得手段１１０が基準フレームとして読み込む１音響フレームのサンプル数は、図１に示した音響フレーム読込手段１０で設定されたものと同一にする必要がある。したがって、本実施形態の場合、基準フレーム獲得手段１１０は、４０９６サンプルずつ、順次基準フレームとして読み込んでいくことになる。音響フレーム保持手段１７０には、上述のように２個の基準フレームが格納可能となっており、新しい基準フレームが読み込まれると、古い基準フレームを破棄するようになっている。したがって、音響フレーム保持手段１７０には、常に基準フレーム２個分（連続する８１９２サンプル）が格納されていることになる。
埋め込み装置で処理する音響フレームは、先頭から途切れることなく隣接して設定される基準フレームと、この基準フレームと位相を変更した位相変更フレームとに分けることができる。基準フレームについては、最初の基準フレームをサンプル番号１からサンプル番号４０９６までを設定したら、次の基準フレームは、サンプル番号４０９７からサンプル番号８１９２、さらに次の基準フレームは、サンプル番号８１９３からサンプル番号１２２８８、というように途切れることなく設定される。そして、各基準フレームについて、１／６フレーム（約６８３サンプル）ずつ移動した５個の位相変更フレームを設定する。例えば、最初の基準フレームについては、サンプル番号６８３、１３６６、２０４９、２７３２、３４１３から始まる４０９６のサンプルで構成される５個の位相変更フレームが設定されることになる。続いて、周波数変換手段１３０、符号判定パラメータ算出手段１４０が、読み込んだ各音響フレームから、埋め込まれている情報を判定し、対応する符号（パターン）を出力する（Ｓ２０２）。出力される符号の形式は、埋め込み側のパターンに対応するパターン１〜パターン７０の７０通り、および状態０に相当する何らかのパターン（パターン０）の計７１通りの形式となる。
ここで、ステップＳ２０２の符号判定処理の詳細を図１１のフローチャートに従って説明する。まず、周波数変換手段１３０が、読み込んだ各音響フレームに対して、周波数変換を行ってフレームスペクトルを得る（Ｓ３０１）。この処理は、図１に示した周波数変換手段２０における処理と同様である。ただし、抽出に用いるのは、左チャンネルだけであるので、上記〔数式５〕に従った処理を行い、左チャンネルに対応する変換データの実部Ａｌ（１，ｊ）等、虚部Ｂｌ（１，ｊ）等を得る。
上記周波数変換手段１３０における処理により、周波数に対応した成分であるスペクトルが得られる。続いて、符号判定パラメータ算出手段１４０は、平均符号レベルＨＬ１〜ＨＬ７０の算出を行う（Ｓ３０２）。具体的には、過去“状態１”であると判断された音響フレームについてのＥC1＋ＥC3＋ＥC5＋ＥC7の積算値であるｖ１を、過去“状態１”であると判断された音響フレームの数であるｎ１で除算することによりＨＬ１を算出する。また、過去“状態７０”であると判断された音響フレームについてのＥC3＋ＥC4＋ＥC7＋ＥC8の積算値であるｖ７０を、過去“状態７０”であると判断された音響フレームの数であるｎ７０で除算することによりＨＬ７０を算出する。同様にしてＨＬ２〜ＨＬ６９についても算出する。したがって、平均符号レベルＨＬ１〜ＨＬ７０は、過去対応する状態であると判断された音響フレームの低周波強度の平均値となる。
続いて、符号判定パラメータ算出手段１４０は、候補符号テーブルの初期化を行う（Ｓ３０３）。候補符号テーブルは、１つの基準フレームおよび５個の位相変更フレームを特定する０〜５の位相番号および、この６個の音響フレームの状態から得られる７１通りの符号を記録するものである。
続いて、符号判定パラメータ算出手段１４０は、強度値ＥC1〜強度値ＥC8を用いて、低周波成分の状態がどのような状態であるか、すなわち、パターンとしてどのような値が埋め込まれていたかを判断する処理を行う（Ｓ３０４）。具体的には、まず、ＥC1〜ＥC8を算出し、その値の小さいグループと大きいグループに分ける。そして、大きいグループに属する４つのＥCが全て基準値０．０１ＨＬｋ（ｋ＝１〜７０）以上であるかどうかを判断する。４つのＥCが全て基準値以上である場合は、その４つのＥCに対応する低周波成分の強度が大きいものであると判断して、“状態１”〜“状態７０”のいずれであるかを認識する。
符号判定パラメータ算出手段１４０は、各音響フレーム単位で、上記判定結果に応じてパターン１〜パターン７０のいずれかを出力する（Ｓ３０７）。上記Ｓ３０４において、大きいグループに属する４つのＥCのうちいずれか１つでも基準値未満である場合は、“状態０”であると判断し、パターン０を出力する（Ｓ３０８）。この“状態０”は、強度値Ｅ1〜Ｅ8が下限値Ｌｅｖ以下であることにより、当該フレームにパターン１〜パターン７０のいずれかの記録が行なわれなかったことを示す埋め込みエラーを示すものとなる。
また、上記判定の結果、パターン１〜パターン７０のいずれかを出力した場合には、さらに、位相判定テーブルＳ（ｐ）の更新を行う（Ｓ３０９）。具体的には、上記Ｓ３０４において、大きいグループに属すると判断された４つのＥCの平均値をＳ（ｐ）に加算することにより更新する。
続いて、符号判定パラメータ算出手段１４０は、候補符号テーブルに、最適位相となる候補を保存する（Ｓ３１０）。具体的には、位相判定テーブルに記録されているＳ（ｐ）の値が最大となる位相番号ｐの値、前記Ｓ３０７、Ｓ３０８により判定された７１値のいずれかの符号、その音響フレームについての上記〔数式１７〕に従った処理を実行することにより算出した、低スペクトル集合に対応する各ＥC1〜ＥC8の値を最適位相の候補として候補符号テーブルに保存する。
続いて、全ての位相番号ｐに対応する処理を終えたかどうかを判定する（Ｓ３１１）。これは、ある基準フレームに対して全ての位相変更フレームの処理を行ったかどうかを判定している。本実施形態では、ｐが０〜５までの値をとるので、６回分処理していない場合は、処理していた音響フレームから所定サンプル数ずらして、位相の異なる音響フレームを設定し、Ｓ３０４に戻って処理を繰り返す。なお、ｐ＝０の場合が基準フレームであり、ｐ＝１〜５の場合が位相変更フレームである。全ての位相番号ｐに対応する処理を終えた場合は、候補保存テーブルに記録されている位相番号ｐに対応する位相が最適位相であると判定し、候補保存テーブルに記録されている符号を出力する（Ｓ３１２）。
再び図１０のフローチャートに戻って説明する。Ｓ２０２による処理の結果、パターン１〜パターン７０に相当する符号が出力された場合には、平均符号レベルのパラメータの更新処理を行う（Ｓ２０３）。具体的には、平均符号レベルＨＬ１〜ＨＬ７０算出の際の分子となる積算値ｖ１〜ｖ７０にそれぞれ強度値ＥC1〜ＥC8のうちの対応する４つの値を加算して積算値ｖ１〜ｖ７０を更新し、分母となるフレーム数ｎ１〜ｎ７０にそれぞれ１を加算してフレーム数ｎ１〜ｎ７０を更新することにより行う。ｎ１〜ｎ７０はあらかじめ設定したｎmax（例えば１００）を超えないように設定する。
続いて、非符号カウンタの初期化処理を行う（Ｓ２０４）。具体的には、上記Ｓ２００の初期化処理における処理と同様、非符号カウンタＮｎ＝０と設定する。続いて、出力されたパターンを文字コードに従ったビットパターンに変換する（Ｓ２０５）。本実施形態では、図４に示した対応表に従ってＡＳＣＩＩコードに対応するビットパターンに変換することになる。そして、得られたビットパターンを付加情報抽出手段１６０が出力する（Ｓ２０６）。
一方、Ｓ２０２による処理の結果、パターン０が出力された場合には、非符号カウンタのカウントアップ処理を行う（Ｓ２０７）。具体的には、非符号カウンタＮｎの値に１を加算する。そして、非符号カウンタＮｎの値がｎmax以上である場合は、Ｓ２００に戻って初期化処理を行う。非符号カウンタＮｎの値がｎmax未満である場合は、Ｓ２０１に戻って符号抽出処理を継続する。図１０に示す処理を各基準フレームに対して実行することにより、付加情報が抽出されることになる。Ｓ２０１において全ての基準フレームが抽出されたと判断された場合には、処理を終了する。
上記Ｓ２０６の処理において、付加情報抽出手段１６０は、まず、符号判定パラメータ算出手段１４０により出力されたビットパターン単位で文字情報として認識する。すなわち、付加情報抽出手段１６０は、符号判定パラメータ算出手段１４０が判定し、符号出力手段１５０から出力される符号を文字コードに変換し、これを設定されたコード体系に従って文字情報を認識する。このようにして得られた文字情報は、表示装置（図示省略）の画面に表示出力される。
従って、埋め込み装置により音響信号に、その楽曲の曲名やアーチスト等の属性情報を文字情報として埋め込んでおけば、利用者は、その音楽が流れているのを聞いて、その曲名やアーチストを知りたいと思ったときに、抽出装置として機能する自身の携帯端末に所定の操作を行えば、自身の携帯端末の画面に曲名やアーチスト等の属性情報が文字情報として表示されることになる。
（１．５．位相補正処理について）
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、Ｓ３０３、Ｓ３０９、Ｓ３１０、Ｓ３１１、Ｓ３１２における処理を中心として行われることになる。
（１．６．下限閾値補正処理について）
信号レベルが小さい場合には、スペクトル集合の成分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、強度値ＥC1〜ＥC8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、Ｓ３０２、Ｓ２０３における処理を中心として行われることになる。
（１．７．モノラル音響信号の場合）
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。
（１．８．信号成分が小さくても情報の埋め込みを可能とする手法）
ここまで、説明してきた処理においては、上記Ｅ1〜Ｅ8が所定の大きさより大きいことが必要となり、上記Ｅ1〜Ｅ8が所定の大きさ以下の場合には、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〜Ｅ8が所定の大きさ以下であっても、信号の埋め込みを可能とする手法について説明する。
この場合、図１に示した埋め込み装置における情報の埋め込み処理は、図８のフローチャートに従って行われるが、強度値Ｅ1〜Ｅ8がレベル下限値Ｌｅｖ以下となることがなくなるため、Ｓ１０５における周波数変換処理において低周波成分変更手段３０がレベルの判定を行わない。これは、この処理では、信号レベルが小さくても強制的に情報を埋め込むこととしているため、情報の埋め込みが不可能な信号レベルが小さい部分が存在するかどうかを判断する必要がないからである。
したがって、Ｓ１０５における状態１〜状態７０に設定する処理としては、まず、以下の〔数式１８〕に従って算出される固定値Ｖを、低周波成分の強度として設定する。
〔数式１８〕
Ｖ＝｛０．２５・Ｌｅｖ／（４Ｐ−４）｝1/2
そして、状態１とする場合は、上記〔数式１０〕に従った処理における Ａｌ´（1,ｊ）、Ｂｌ´（1,ｊ）の算出を、以下の〔数式１９〕に従った処理により行う。
〔数式１９〕
ｊ＝ｍ，．．．，ｍ＋Ｐ−１の各成分に対して、
Ａｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m）・Ａｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m）・Ｂｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋Ｐ，．．．，ｍ＋２Ｐ−１の各成分に対して、
Ａｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ａｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ｂｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋２Ｐ，．．．，ｍ＋３Ｐ−１の各成分に対して、
Ａｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−2P）・Ａｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−2P）・Ｂｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋３Ｐ，．．．，ｍ＋４Ｐ−１の各成分に対して、
Ａｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ａｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｂｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
状態７０とする場合は、上記〔数式１１〕に従った処理におけるｊ＝ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−１、ｊ＝ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−１におけるＡｌ´（1,ｊ）、Ｂｌ´（1,ｊ）、Ａｌ´（3,ｊ）、Ｂｌ´（3,ｊ）の算出を、以下の〔数式２０〕に従った処理により行う。
〔数式２０〕
ｊ＝ｍ＋Ｐ，．．．，ｍ＋２Ｐ−１の各成分に対して、
Ａｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ａｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ｂｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ａｌ（３，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−P）・Ｂｌ（３，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
ｊ＝ｍ＋３Ｐ，．．．，ｍ＋４Ｐ−１の各成分に対して、
Ａｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ａｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（1,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｂｌ（１，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝1/2
Ａｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ａｌ（３，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
Ｂｌ´（３,ｊ）＝Ｆ（ｊ−m−3P）・Ｂｌ（３，ｊ）・Ｖ／｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝1/2
なお、パターン２〜６９を埋め込む場合も、〔数式１０〕〔数式１１〕等に対応する数式の一部に代えて、〔数式１９〕〔数式２０〕等に対応する数式に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態２”〜 “状態６９”のいずれかの状態に変更する。
上記のように、周波数成分が小さい場合に情報を埋め込んだ場合であっても、抽出側の、音響信号からの情報の抽出装置の構成は図９と同一であり、処理動作は図１０のフローチャートに従ったものと同一である。
（２．第２の実施形態）
ここからは、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、低周波領域から抽出した各スペクトル集合ＳＰ１〜ＳＰ８に対して、上記〔数式８〕に示したような窓関数Ｆ（ｊ）を利用することにより、各スペクトル集合の周波数範囲の中央部分の重みを大きくするとともに、各スペクトル集合の上限周波数、下限周波数付近の重みを小さくするようにした。これにより周波数範囲の中央部分の強度が強くなって、強度が弱められた他のスペクトル集合との強度の差が明確になるとともに、周波数範囲の上下端の強度が弱くなって、他の低周波数帯との干渉を防ぐことができる。第２の実施形態では、窓関数Ｆを用いるのではなく、異なる低周波数帯の間にギャップ領域を設けることにより、他の低周波数帯との干渉を防ぐようにすることを特徴とする。
ここで、図１２に、第２の実施形態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３と同様、図１２に示す各音響フレームにおいても、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。第２の実施形態では、低周波領域における４つの低周波数帯の間にギャップ領域を設けたことを特徴とする。
第２の実施形態においても、図１２（ａ）に示すような原状態の低周波成分に対して、パターン０を埋め込む場合、Ｌ-chの信号の低周波成分を全て除去し、除去した成分と同等の成分をＲ-chの信号の低周波成分に加算して図１２（ｂ）に示すような“状態０”に変更するのは、第１の実施形態と同じである。
図１２においては、図３と異なり、縦軸の周波数方向が８つに区分されているが、これは、第１低周波数帯〜第４低周波数帯の各低周波数帯の間に、ギャップ領域Ｇ３〜Ｇ８を設けたためである。このギャップ領域は、抽出対象であるＬ-chの信号においては、常に成分が除去され、除去された成分と同等の成分がＲ-chの信号の低周波成分に加算される。より詳細には、図１２（ｂ）に示すように、第１低周波数帯と第２低周波数帯の間のギャップ領域をＧ３およびＧ４、第２低周波数帯と第３低周波数帯の間のギャップ領域をＧ５およびＧ６、第３低周波数帯と第４低周波数帯の間のギャップ領域をＧ７およびＧ８で表現することとする。
第２の実施形態においても、各音響フレームの低周波領域における８つの低周波成分の状態を変更することにより、多数の状態に設定する点については、第１の実施形態と同じである。すなわち、８つのスペクトル集合のうち４つを強度が大きい状態、４つを強度が小さい状態に変更することにより、７０通りの状態に設定する。また、図４に示したコード変換表を利用して、付加情報であるＡＳＣＩＩコードを７０通りのビットパターンに変換する点も同じである。第２の実施形態においては、スペクトル強度の強弱の変化のさせ方が、第１の実施形態とは異なっている。
第２の実施形態においても、パターン１を埋め込む場合、図１２（ｃ）に示すように、Ｌ-chの信号のＳＰ２、ＳＰ４、ＳＰ６、ＳＰ８の成分を除去し、除去した成分と同等の成分をＲ-chの信号に加算する。この点は、第１の実施形態と同じである。ところが、Ｌ-chの信号のＳＰ１、ＳＰ３、ＳＰ５、ＳＰ７の成分については、Ｒ-chにおける対応するスペクトル集合の成分を除去し、除去した成分と同等の成分を加算するようにしている。パターン７０を埋め込む場合は、図１２（ｄ）に示すように、Ｌ-chの信号のＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ５、ＳＰ６の成分を除去し、除去した成分と同等の成分をＲ-chの信号に加算する。逆に、Ｌ-chの信号のＳＰ３、ＳＰ４、ＳＰ７、ＳＰ８の成分については、Ｒ-chにおける対応するスペクトル集合の成分を除去し、除去した成分と同等の成分を加算するようにしている。
ここで、第２の実施形態による周波数成分全体の状況を図１３に示す。図１３においては、図６と同様、上下方向は周波数方向であり、ｊ＝２０４７は２２．０５ｋＨｚに対応している。図１３においては、最低周波数帯はｊ＝０〜１４（０〜約１５０Ｈｚ）であり、第１の実施形態と同様であるが、埋め込み対象とする低周波数領域のうち、第１低周波数帯をｊ＝１５〜１９（約１６０〜２１０Ｈｚ）、第２低周波数帯をｊ＝２１〜２５（約２３０〜２７０Ｈｚ）、第３低周波数帯をｊ＝２７〜３１（約２９０〜３３０Ｈｚ）、第４低周波数帯をｊ＝３３〜３７（約３５０〜４００Ｈｚ）とした場合を示している。また、網掛けの濃さは、信号成分の強度を概念的に示したものである。ｊ＝３９以上の高周波成分に対しては、変更を加えず、原音を維持することとしている。
また、図１３においても、図６と同様、網掛けされた部分は、周波数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。また、Ｌ（左）信号、Ｒ（右）信号それぞれにおいては、左右方向を第１窓関数〜第３窓関数に対応した３つの時間帯に対応させている。各時間帯の中においては、左右方向は各信号成分の強度を表現している。
また、図１３においては、図６と異なり、左信号の各低周波数帯の間にギャップ領域を設けている。上述のように、ギャップ領域においては、信号成分が除去され、除去された成分と同等の成分が右信号に加算される。
図１３は、図６と同様、Ｌ信号におけるＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ６、ＳＰ７の成分強度を高め、ＳＰ１、ＳＰ４、ＳＰ５、ＳＰ８の成分強度を弱めた場合を示している。第２の実施形態では、各低周波数帯において、周波数方向の値に応じて変化する窓関数Ｆを乗じないため、ＳＰ２、ＳＰ３、ＳＰ６、ＳＰ７の成分において、周波数方向の中央部分の成分の重みが大きくなるということはない。
（２．１．音響信号に対する情報の埋め込み装置）
第２の実施形態においても、埋め込み装置の装置構成は図１に示すものとなっており、埋め込み装置の処理の全体的な流れは、図８のフローチャートに示すものとなっている。
第２の実施形態においては、低周波成分変更手段３０は、低周波成分の状態を変更する際、まず、上記〔数式５〕により求めた左チャンネルの実部Ａｌ（１，ｊ）、Ａｌ（３，ｊ）、虚部Ｂｌ（１，ｊ）、Ｂｌ（３，ｊ）、右チャンネルの実部Ａｒ（１，ｊ）、Ａｒ（３，ｊ）、虚部Ｂｒ（１，ｊ）、Ｂｒ（３，ｊ）を利用して、第１の実施形態における〔数式７〕に代えて、以下の〔数式２１〕により、強度値Ｅ1〜Ｅ8を算出する。
〔数式２１〕
Ｅ1＝Σj=m,m+P-2｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝
Ｅ2＝Σj=m,m+P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝
Ｅ3＝Σj=m+P,m+2P-2｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝
Ｅ4＝Σj=m+P,m+2P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝
Ｅ5＝Σj=m+2P,m+3P-2｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝
Ｅ6＝Σj=m+2P,m+3P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝
Ｅ7＝Σj=m+3P,m+4P-2｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2＋Ａr（1,ｊ）2＋Ｂr（1,ｊ）2｝
Ｅ8＝Σj=m+3P,m+4P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2＋Ａr（３,ｊ）2＋Ｂr（３,ｊ）2｝
上記〔数式２１〕においては、窓関数Ｆ（ｊ）および固定係数Ｃを用いていない点が第１の実施形態で用いた〔数式７〕とは異なっている。
低周波成分変更手段３０は、Ｅ1、Ｅ3、Ｅ5、Ｅ7がレベル下限値Ｌｅｖより大きく、埋め込むべきパターンが“パターン１”である場合は、第１の実施形態における〔数式１０〕に代えて、以下の〔数式２２〕に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態１”、すなわち、図１２（ｃ）に示したような状態に変更する。
〔数式２２〕
ｊ＝ｍ〜ｍ＋４Ｐ−２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
さらに、ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−２、ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−２、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−２、ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−２の各成分に対して
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
Ａｒ´（１,ｊ）＝０
Ｂｒ´（１,ｊ）＝０
上記〔数式２２〕において、状態１とする場合にスペクトル集合の強度を高めるＡｌ´（１,ｊ）、Ｂｌ´（１,ｊ）においては、〔数式１０〕とは異なり、窓関数Ｆ（ｊ）および固定係数Ｃを用いていない。また、状態１とする場合にスペクトル集合の強度を弱めるＡｒ´（１,ｊ）、Ｂｒ´（１,ｊ）においては、その成分を除去している。
上記〔数式２２〕においては、ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−２、ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−２、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−２、ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−２（実際には、ギャップ領域も含めるためｊ＝ｍ〜ｍ＋４Ｐ−２）において、Ａｌ´（３，ｊ）、Ｂｌ´（３，ｊ）を共に０としている。これは、図３（ｃ）の上段に示すように、L-chにおいて、ＳＰ２、ＳＰ４、ＳＰ６、ＳＰ８内の各成分を０にすることを示しているが、“状態１”はＳＰ１、ＳＰ３、ＳＰ５、ＳＰ７との差を明確にすることができれば十分であるため、必ずしも０にする必要はなく、十分に小さな値であれば良い。
低周波成分変更手段３０は、Ｅ3、Ｅ4、Ｅ7、Ｅ8がレベル下限値Ｌｅｖより大きく、埋め込むべきパターンが“パターン７０”である場合、第１の実施形態における〔数式１１〕に代えて、以下の〔数式２３〕に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態７０”、すなわち、図１２（ｄ）に示したような状態に変更する。
〔数式２３〕
ｊ＝ｍ，．．．，ｍ＋Ｐ−２およびｊ＝ｍ＋２Ｐ，．．．，ｍ＋３Ｐ−２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
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−２およびｍ＋３Ｐ，．．．，ｍ＋４Ｐ−１の各成分に対して、
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
Ａｒ´（１,ｊ）＝０
Ｂｒ´（１,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
Ａｒ´（３,ｊ）＝０
Ｂｒ´（３,ｊ）＝０
上記〔数式２３〕においても、状態７０とする場合にスペクトル集合の強度を高めるＡｌ´（１,ｊ）、Ｂｌ´（１,ｊ）においては、〔数式１１〕とは異なり、窓関数Ｆ（ｊ）および固定係数Ｃを用いていない。また、状態７０とする場合にスペクトル集合の強度を弱めるＡｒ´（１,ｊ）、Ｂｒ´（１,ｊ）においては、その成分を除去している。
上記〔数式１１〕においては、ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−１、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−１において、Ａｌ´（１，ｊ）、Ｂｌ´（１，ｊ）、Ａｌ´（３，ｊ）、Ｂｌ´（３，ｊ）を共に０としている。これは、図３（ｄ）の上段に示すように、L-chにおいて、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ５、ＳＰ６内の各成分を０にすることを示しているが、“状態７０”はＳＰ３、ＳＰ４、ＳＰ７、ＳＰ８との差を明確にすることができれば十分であるため、必ずしも０にする必要はなく、十分に小さな値であれば良い。
なお、パターン２〜６９を埋め込む場合も、Ｅ1〜Ｅ8のうち埋め込むべきパターンに対応する４つがレベル下限値Ｌｅｖより大きい場合、〔数式２２〕〔数式２３〕に対応する数式に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態２”〜 “状態６９”のいずれかの状態に変更する。
上記〔数式２２〕〔数式２３〕または対応する数式に従った処理を実行し、低周波成分の状態を“状態１”〜“状態７０”に変更した場合、いずれの場合であっても、さらに以下の〔数式２４〕に従った処理を実行し、最低周波数帯におけるギャップ領域Ｇ１、Ｇ２、および各低周波数帯の間に位置するギャップ領域Ｇ３〜Ｇ８を設ける。Ｍ−ｍの値が４で割り切れない場合には、最上位の第４低周波数帯の高周波側にさらにギャップ領域を設ける。また、L-chにおいて、第２窓関数に対応する成分については、ｊ＝０〜Ｍ−１の全てについて除去する。
〔数式２４〕
ｊ＝０〜ｍ−１、ｍ＋Ｐ−１、ｍ＋２Ｐ−１、ｍ＋３Ｐ−１、ｍ＋４Ｐ〜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
パターンを埋め込む場合、埋め込まれる側の低周波成分の強度が小さすぎると、信号を変化させても、その変化を抽出側で検出することができない。このような場合には、情報が埋め込まれている音響フレームとの違いを明確にするため、第１の実施形態と同様、上記〔数式１３〕に従った処理を実行し、その低周波成分を除去し、図１２（ｂ）に示すような“状態０”の状態とする。
（２．２．音響信号からの情報の抽出装置）
第２の実施形態の抽出装置も、装置構成は図９に示したものと同様であるが、主に符号判定パラメータ算出手段１４０の内容が異なっている。具体的には、符号判定パラメータ算出手段１４０は、生成されたスペクトルの低周波領域からスペクトル集合を抽出し、各スペクトル集合の強度値ＥC1〜ＥC8を、第１の実施形態において用いた〔数式１７〕に代えて以下の〔数式２５〕に基づいて算出し、この強度値ＥC1〜ＥC8を符号判定パラメータとし、この符号判定パラメータＥC1〜ＥC8の比率等に基づいて、所定の状態であると判断する機能を有している。以下の〔数式２５〕は上記〔数式２１〕において右チャンネル成分を削除したものとなっている。
〔数式２５〕
ＥC1＝Σj=m,m+P-2｛Ａｌ（1,ｊ）2＋Ｂｌ（1,ｊ）2｝
ＥC2＝Σj=m,m+P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝
ＥC3＝Σj=m+P,m+2P-2｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝
ＥC4＝Σj=m+P,m+2P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝
ＥC5＝Σj=m+2P,m+3P-2｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝
ＥC6＝Σj=m+2P,m+3P-2｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝
ＥC7＝Σj=m+3P,m+4P-1｛Ａｌ（１,ｊ）2＋Ｂｌ（１,ｊ）2｝
ＥC8＝Σj=m+3P,m+4P-1｛Ａｌ（３,ｊ）2＋Ｂｌ（３,ｊ）2｝
第２の実施形態の抽出装置における処理の流れは、基本的には、図１０、図１１のフローチャートと同じである。
（２．３．信号成分が小さくても情報の埋め込みを可能とする手法）
この場合、上記〔数式１８〕により固定値Ｖを算出した後、例えば、状態１とする場合は、上記〔数式２２〕に従った処理における Ａｌ´（1,ｊ）、Ｂｌ´（1,ｊ）の算出を、以下の〔数式２６〕に従った処理により行う。
〔数式２６〕
ｊ＝ｍ〜ｍ＋Ｐ−２、ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−２、ｍ＋２Ｐ〜ｍ＋３Ｐ−２、ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−２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
また、状態７０とする場合は、上記〔数式２３〕に従った処理における Ａｌ´（1,ｊ）、Ｂｌ´（1,ｊ）の算出を、以下の〔数式２７〕に従った処理により行う。
〔数式２７〕
ｊ＝ｍ＋Ｐ〜ｍ＋２Ｐ−２、ｍ＋３Ｐ〜ｍ＋４Ｐ−２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
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
なお、パターン２〜６９を埋め込む場合も、〔数式２２〕〔数式２３〕等に対応する数式の一部に代えて、〔数式２６〕〔数式２７〕等に対応する数式に従った処理を実行することにより、低周波成分の状態を“状態２”〜 “状態６９”のいずれかの状態に変更する。
音響信号に対する情報の埋め込み装置の機能ブロック図である。 本発明で用いる時間方向の窓関数Ｗを示す図である。 本発明第１の実施形態による低周波成分の変化の状態を示す図である。 ＡＳＣＩＩコードと７０通りのビットパターンの変換表を示す図である。 パターンの番号とビットパターンの対応表を示す図である。 本発明第１の実施形態による周波数成分全体の状態を示す図である。 第１の実施形態で用いる周波数方向の窓関数Ｆを示す図である。 図１に示した装置の処理概要を示すフローチャートである。 本発明に係る音響信号からの情報の抽出装置の機能ブロック図である。 図９に示した装置の処理概要を示すフローチャートである。 図１０のＳ２０２の符号判定処理の詳細を示すフローチャートである。 本発明第２の実施形態による低周波成分の変化の状態を示す図である。 本発明第２の実施形態による周波数成分全体の状態を示す図である。
符号の説明
１０・・・音響フレーム読込手段
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 (13)

  1. 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窓スペクトルから低周波領域における互いに重複しない４個のスペクトル集合を抽出するとともに、前記第３窓スペクトルから低周波領域における互いに重複しない４個のスペクトル集合を抽出し、文字コードで構成される前記付加情報の各バイトをより少ない種類の二進符号に変換し、前記変換により得られた二進符号のビットパターンに基づいて、前記抽出した計８個のスペクトル集合の強度を変更する低周波成分変更手段と、
    前記各スペクトル集合の強度が変更された低周波領域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。
  2. 請求項１において、
    前記低周波成分変更手段は、前記二進符号のビットパターンに基づいて、前記の８個のスペクトル集合のうち、４個を強度が強い状態、４個が強度を弱い状態に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。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記低周波成分変更手段は、前記スペクトル集合の強度を、当該スペクトル集合の周波数範囲における中央付近における値が大きくなるように周波数方向の値に応じて変化する窓関数Ｆを適用して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。
  4. 請求項１または請求項２において、
    前記低周波成分変更手段は、前記第１窓スペクトルから抽出された４個の各スペクトル集合間、および前記第３窓スペクトルから抽出された４個の各スペクトル集合間に、周波数成分を除去するギャップ領域を設け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。
  5. 請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
    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、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スペクトルの低周波領域から抽出した各スペクトル集合に対して、前記二進符号のビットパターンに基づいて、抽出したスペクトル集合の強度を、当該スペクトル集合の周波数範囲における中央付近における値が大きくなるように周波数方向の値に応じて変化する窓関数Ｆを適用して変更し、他方のチャンネルのスペクトルの低周波領域から抽出した前記一方のチャンネルに対応する各スペクトル集合に対して、抽出したスペクトル集合の強度を、前記窓関数Ｆの値を反転させた窓関数（１−Ｆ）を適用して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。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
    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。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかにおいて、
    前記低周波成分変更手段は、１５０Ｈｚ以上４００Ｈｚ未満の低周波領域から前記計８個のスペクトル集合を抽出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。
  8. コンピュータを、請求項１から請求項７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。
  9. 請求項１から請求項７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により聴取不能な状態で埋め込まれた付加情報を、音響信号から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前記第１窓関数、前記第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４個の低周波数範囲のスペクトル集合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４個の低周波数範囲のスペクトル集合を抽出し、抽出した計８個の各スペクトル集合のスペクトル強度を算出し、当該強度の関係に基づいて、所定の二進符号のビットパターンを出力する符号化手段と、
    前記出力されたビットパターンを、所定の規則により変換して文字コードで構成される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。
  10. 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４個の低周波数範囲のスペクトル集合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４個の低周波数範囲のスペクトル集合を抽出し、抽出した計８個の各スペクトル集合のスペクトル強度を符号判定パラメータとして算出し、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符号判定パラメータを利用して、所定の二進符号のビットパターンを出力する符号化手段と、
    前記出力されたビットパターンを、所定の規則により変換して文字コードで構成される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。
  11. 請求項９または請求項１０において、
    前記符号化手段は、前記８個のスペクトル集合のうち、４個を強度が強い状態、４個が強度を弱い状態である場合に、対応するビットパターンを出力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。
  12. 請求項９から請求項１１のいずれかにおいて、
    前記符号化手段は、前記スペクトル集合の強度を、当該スペクトル集合の周波数範囲における中央付近における値が大きくなるように周波数方向の値に応じて変化する窓関数Ｆを適用して算出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。
  13. コンピュータを、請求項９から請求項１２のいずれか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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