JP4910959B2 - Information embedding device for sound signal and device for extracting information from sound signal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for embedding information to a sound signal, and a device for extracting information from the sound signal, in which the sound signal is made a sound that a human being does not feel it as noise by utilizing a principle of auditory stream segregation, while improving embedding efficiency and extracting accuracy. <P>SOLUTION: When additional information is embedded to the sound signal, odd numbered sound frames and even numbered sound frames are obtained from the predetermined section of the sound signal. When a spectrum set in a predetermined frequency range of each sound frame, is defined as 1D1, 1D2, 1U1, 1U2, 2D1, 2D2, 2U1 and 2U2 respectively (a) (b), intensity of each spectrum set is changed so that either of the product of intensity values of 1D1 and 2D2, or the product of intensity value of 1D2 and 2D1 becomes larger than the other by a predetermined ratio or more (c) to (f). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

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。   The present invention relates to the protection of music copyright (monitoring illegal copying) in the field of package music for viewing for consumer and business use using CDs and DVDs, and the field of broadcasting and network music distribution distributed for commercial purposes by broadcasters and the like. ) And music attribute information (music title search service) field, museum, event information service service field linked to exhibition explanation narration, URL and other information extracted from audio signals of broadcast programs and CD / DVD packages In addition, the present invention relates to a non-contact Internet gateway service field in which a mobile phone is used to access a web site related to a predetermined content and extract detailed information or answer a questionnaire.

従来、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行われている。本出願人は、これをさらに発展させ、音響信号の周波数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ている(特許文献1参照)。   Conventionally, as a service for providing music attribute information that allows you to know the title of music that is playing, you can query the broadcast station for the date and time of the broadcasted music, and record music fragments that are played on mobile phones. In addition, there is a service that matches the melody registered in the database. The present applicant has further developed this and proposed a method of embedding attribute information (additional information) by changing the ratio of frequency components of an acoustic signal according to the bit value of the attribute information (Patent Document 1). reference).

また、本出願人は、特許文献1に記載の発明における、広いホール等で2つのスピーカが離れている場合、双方のチャンネルからの音が混ざり合った中央付近では抽出することができないという問題を解決するため、音脈分凝の原理を利用して、情報の埋め込みおよび抽出を行う技術を提案している(特許文献2参照)。
特開2006−323246号公報 特願2007−98970号
In addition, in the invention described in Patent Document 1, the present applicant has a problem that when two speakers are separated by a wide hall or the like, it cannot be extracted near the center where the sound from both channels is mixed. In order to solve this problem, a technique for embedding and extracting information using the principle of sound pulse fractionation has been proposed (see Patent Document 2).
JP 2006-323246 A Japanese Patent Application No. 2007-98970

上記特許文献1、特許文献2のいずれにおいても、付加情報は、音響信号の所定区間である音響フレームを単位として埋め込まれる。この音響フレームにおいては、情報を埋め込むために、その周波数成分が変更されるが、音響フレーム内で変更可能な周波数帯が大きい程、埋め込み効率を高めたり、抽出精度を高めたりすることが可能となる。一方、上記特許文献2に記載の発明では、人間の聴覚感度が高い周波数帯の情報を埋め込んでも、音脈分凝の原理により、人間がノイズを感じないような音とすることが可能であるが、音脈分凝が起こるようにするためには、情報を埋め込むべき周波数帯を設定するための制約条件が厳しく、埋め込むべき周波数帯を自由に決定することができないという問題がある。   In both Patent Document 1 and Patent Document 2, the additional information is embedded in units of an acoustic frame that is a predetermined section of the acoustic signal. In this acoustic frame, the frequency component is changed in order to embed information. However, the larger the frequency band that can be changed in the acoustic frame, the higher the embedding efficiency and the higher the extraction accuracy. Become. On the other hand, in the invention described in Patent Document 2, even if information of a frequency band with high human auditory sensitivity is embedded, it is possible to obtain a sound that does not cause humans to feel noise due to the principle of sound pulse segregation. However, in order to make the sound pulse segregation occur, there is a problem that the restriction condition for setting the frequency band in which information is embedded is severe, and the frequency band to be embedded cannot be determined freely.

そこで、本発明は、音脈分凝の原理を利用して、人間がノイズを感じないような音とするとともに、埋め込み効率、抽出精度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および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。   Therefore, the present invention uses a principle of sound pulse segregation to make a sound that humans do not feel noise, and to embed information and sound into an acoustic signal that can improve embedding efficiency and extraction accuracy. It is an object to provide an apparatus for extracting information from a signal.

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読み込む音響フレーム読込手段と、前記読み込んだ音響フレームのうち、奇数番目、偶数番目の一方をAタイプ、他方をBタイプとし、前記Aタイプの音響フレームに対して第1窓関数を用いて周波数変換を行い、前記Bタイプの音響フレームに対して第2窓関数を用いて周波数変換を行い、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窓スペクトルを得る周波数変換手段と、前記生成された各窓スペクトルから所定の周波数範囲における互いに重複しない2個のスペクトル集合を、周波数が高い方のスペクトル集合の周波数幅が大きくなるように抽出し、更に各スペクトル集合を1/2の周波数幅に均等分割し、各窓スペクトルについての4個のスペクトル集合を、前記第1窓スペクトルから抽出したスペクトル集合を周波数が低い順に、1D1、1D2、1U1、1U2とし、前記第2窓スペクトルから抽出したスペクトル集合を周波数が低い順に、2D1、2D2、2U1、2U2とした場合に、埋め込むべきビット配列に基づいて、1D1の強度値と2D2の強度値との積と、1D2の強度値と2D1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなり、同時に1U1の強度値と2U2の強度値との積と、1U2の強度値と2U1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなるように、各スペクトル集合の強度を変更する周波数成分変更手段と、前記変更されたスペクトル集合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。   In order to solve the above-described problem, the present invention is an apparatus for embedding additional information in an inaudible state with respect to an acoustic signal composed of a time-series sample sequence, and a predetermined number of samples are embedded from the acoustic signal. The acoustic frame reading means to be read, and among the read acoustic frames, odd-numbered and even-numbered one is A type and the other is B type, and the first window function is used for frequency conversion for the A type acoustic frame. The frequency conversion is performed on the B type acoustic frame using a second window function, and the first window spectrum corresponding to the first window function and the spectrum corresponding to the second window function are used. Frequency conversion means for obtaining a certain second window spectrum, and two spectrum sets that do not overlap each other in a predetermined frequency range from each of the generated window spectra, The higher spectrum set is extracted so that the frequency width of the spectrum set becomes larger, each spectrum set is equally divided into ½ frequency widths, and four spectrum sets for each window spectrum are divided into the first window. The spectrum set extracted from the spectrum is embedded in the order of frequency from 1D1, 1D2, 1U1, 1U2, and the spectrum set extracted from the second window spectrum is set in the order of frequency from 2D1, 2D2, 2U1, 2U2. Based on the power bit arrangement, one of the product of the intensity value of 1D1 and the intensity value of 2D2 and the product of the intensity value of 1D2 and the intensity value of 2D1 is larger than the other by a predetermined ratio, and at the same time, 1U1 One of the product of the intensity value of 2 and the intensity value of 2U2 and the product of the intensity value of 1U2 and the intensity value of 2U1 is larger than the other by a predetermined ratio or more. A frequency component changing means for changing the intensity of each spectrum set; and a frequency reverse converting means for generating a modified acoustic frame by performing frequency reverse conversion on each window spectrum including the changed spectrum set. A device for embedding information in an acoustic signal, comprising modified acoustic frame output means for sequentially outputting the generated modified acoustic frames.

また、本発明では、あらかじめ聴取不能な状態で付加情報が埋め込まれた音響信号から前記付加情報を抽出する装置であって、前記音響信号の所定区間をデジタル化して、所定数のサンプルで構成される音響フレームを獲得する音響フレーム獲得手段と、前記読み込んだ音響フレームのうち、奇数番目、偶数番目の一方をAタイプ、他方をBタイプとし、前記Aタイプの音響フレームに対して第1窓関数を用いて周波数変換を行い、前記Bタイプの音響フレームに対して第2窓関数を用いて周波数変換を行い、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窓スペクトルを得る周波数変換手段と、前記生成された各窓スペクトルから所定の周波数範囲における互いに重複しない2個のスペクトル集合を、周波数が高い方のスペクトル集合の周波数幅が大きくなるように抽出し、更に各スペクトル集合を1/2の周波数幅に均等分割し、前記第1窓スペクトルから抽出した4個のスペクトル集合の強度値を周波数が低い順にE1、E3、E5、E7として算出し、前記第2窓スペクトルから抽出した4個のスペクトル集合の強度値を周波数が低い順にE2、E4、E6、E8として算出し、E1とE4の積と、E2とE3の積との大小関係、およびE5とE8の積と、E6とE7の積との大小関係に基づいて、埋め込まれていたビット値を抽出する符号化手段と、前記抽出されたビット値をワード単位で所定の規則により変換して付加情報を抽出する付加情報抽出手段を有する音響信号からの情報の抽出装置を提供する。   Further, the present invention is an apparatus for extracting the additional information from an acoustic signal in which additional information is embedded in an inaudible state in advance, and is configured by digitizing a predetermined section of the acoustic signal and including a predetermined number of samples. An acoustic frame acquisition means for acquiring an acoustic frame, and among the read acoustic frames, an odd-numbered and even-numbered one is an A type and the other is a B type, and a first window function for the A type acoustic frame The first window spectrum, which is a spectrum corresponding to the first window function, and the second window function, the frequency conversion is performed using the second window function for the B type acoustic frame. Frequency conversion means for obtaining a second window spectrum that is a spectrum corresponding to the Two spectrum sets are extracted so that the frequency width of the higher frequency spectrum set becomes larger, and each spectrum set is equally divided into ½ frequency widths and extracted from the first window spectrum 4 The intensity values of the four spectrum sets are calculated as E1, E3, E5, E7 in ascending frequency, and the intensity values of the four spectrum sets extracted from the second window spectrum are E2, E4, E6, The embedded bit value is calculated based on the magnitude relationship between the product of E1 and E4 and the product of E2 and E3, and the magnitude relationship between the product of E5 and E8 and the product of E6 and E7. There is provided an apparatus for extracting information from an acoustic signal having encoding means for extraction and additional information extraction means for extracting the additional information by converting the extracted bit value in a word unit according to a predetermined rule. .

本発明によれば、音響信号に付加情報を埋め込むにあたり、各音響フレームにおける所定周波数範囲を高い方の2つが、低い方の2つよりも周波数幅が大きくなるように4つの周波数帯に分け、連続する2つの音響フレームの周波数帯を、一方の音響フレームについて1D1、1D2、1U1、1U2、他方の音響フレームについて2D1、2D2、2U1、2U2とした場合に、埋め込むべきビット配列に基づいて、1D1の強度値と2D2の強度値との積と、1D2の強度値と2D1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなり、同時に1U1の強度値と2U2の強度値との積と、1U2の強度値と2U1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなるようにしたので、音脈分凝の原理を利用して、人間がノイズを感じないような音とするとともに、埋め込み効率、抽出精度を高めることが可能となる。   According to the present invention, when the additional information is embedded in the acoustic signal, the predetermined frequency range in each acoustic frame is divided into four frequency bands so that the higher two frequency ranges are larger than the lower two frequency ranges, Based on the bit arrangement to be embedded, when the frequency band of two consecutive acoustic frames is 1D1, 1D2, 1U1, 1U2 for one acoustic frame and 2D1, 2D2, 2U1, 2U2 for the other acoustic frame, 1D1 One of the product of the intensity value of 2D2 and the intensity value of 2D2 and the product of the intensity value of 1D2 and the intensity value of 2D1 is greater than the other by a predetermined ratio, and simultaneously the intensity value of 1U1 and the intensity value of 2U2 And one of the product of the intensity value of 1U2 and the intensity value of 2U1 is larger than the other by a predetermined ratio, so Using, with humans and sound like does not feel noise, it is possible to increase embedment efficiency, the extraction accuracy.

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.本発明の基本概念)
最初に、本発明の基本概念について説明しておく。本発明では、人間の聴覚心理特性である音脈分凝の原理を利用する。音脈分凝とは、時系列に高い音と低い音が交互に進行するパターンに対して、人間が、あたかも高低2つのトラックが連続して流れるように音を補間して聞いてしまう錯覚現象である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1. Basic concept of the present invention)
First, the basic concept of the present invention will be described. In the present invention, the principle of sound wave segregation, which is a human psychoacoustic characteristic, is used. The syllable segregation is an illusion that humans interpolate and hear sounds as if two tracks of high and low are flowing continuously against a pattern in which high and low sounds alternate in time series. It is.

たとえば、図20(a)に示すように、3つの低い音である低音1、低音3、低音5と3つの高い音である高音2、高音4、高音6が、低音1、高音2、低音3、高音4、低音5、高音6の順に演奏されている場合を考えてみる。低音1、低音3、低音5と高音2、高音4、高音6は1オクターブ程度離れており、低い音と高い音は同時に演奏されることはないが、時間的間隔は、ほぼ連続しているものとする。この場合、人間には、図20(b)に示すように、低い音と高い音が演奏されていない部分も補間されて演奏されているように聞こえる。すなわち、実際の演奏は単旋律であるのに、人間には、図20(b)に示すように、高音1´、高音3´、高音5´、低音2´、低音4´、低音6´が補間されて複旋律であるように聞こえる。例えば、高音3´は高音2と高音4が連続的につながるように、高音2と高音4の平均的な成分に聞こえる。また、末端部の高音1´と低音6´についても、隣接する高音2と低音5に近い成分で、各々低音1と高音6に対応するように聞こえる。しかし、マイクロフォン等の電気音響装置は、図20(a)に示したものをそのままの音として取得することになる。本発明および特許文献2の発明は、このような性質を利用するのである。なお、補間された音は、前後に演奏されている音と必ずしも同じレベルに補間されて聴こえるのではなく、大雑把に言って、前後に演奏されている音の50%程度があたかも補間されているように聞こえる。   For example, as shown in FIG. 20 (a), three low sounds, low 1, high 3, and low 5, and three high, high 2, high 4, and high 6, are low 1, high 2, and low. Consider a case in which 3, 3 high sounds, 5 low sounds, and 6 high sounds are played in this order. Low pitch 1, low pitch 3, low pitch 5 and high pitch 2, high pitch 4, high pitch 6 are about 1 octave apart, and the low and high sounds are not played at the same time, but the time intervals are almost continuous. Shall. In this case, as shown in FIG. 20 (b), a human sounds as if the portion where the low and high sounds are not played is interpolated and played. That is, although the actual performance is a single melody, as shown in FIG. 20 (b), humans can obtain a high tone 1 ′, a high tone 3 ′, a high tone 5 ′, a low tone 2 ′, a low tone 4 ′, and a low tone 6 ′. Sounds like it is interpolated. For example, the high sound 3 ′ is heard as an average component of the high sound 2 and the high sound 4 so that the high sound 2 and the high sound 4 are continuously connected. Further, the high pitch 1 'and the low pitch 6' at the end also sound like components corresponding to the low tone 1 and the high tone 6 with components close to the adjacent high tone 2 and low tone 5, respectively. However, an electroacoustic apparatus such as a microphone acquires the sound shown in FIG. 20A as it is. The present invention and the invention of Patent Document 2 utilize such properties. Note that the interpolated sound is not necessarily interpolated to the same level as the sound played back and forth, but roughly speaking, about 50% of the sound played back and forth is interpolated. Sounds like

本発明および特許文献2の発明のいずれにおいても、音響信号をサンプリングすることにより得られた所定数のサンプルを1音響フレームとして、処理を行う。先頭から奇数番目と偶数番目の音響フレームは、互いに半分のサンプルを重複する形で設定される。ここで、特許文献2の発明における埋め込み時の各音響フレームの強度変化の様子を図21に示す。ステレオ音響信号の場合は、L-ch(左チャンネル)、R-ch(右チャンネル)とも同様に処理が行われるが、図21においては、L-ch(左チャンネル)のみを示している。また、u、dはそれぞれ相対的に高周波、低周波成分を示し、1〜6は先頭からの音響フレームの順番を示している。したがって、図21の例では、6個の音響フレームを示しており、例えば、“Uu1”は、1番目の音響フレームの高周波側成分を示していることになる。また、奇数番目と偶数番目の音響フレームは、実際に半分のサンプルが重複して設定されるが、図21では、説明の便宜上独立した形態で示している。また、図21において、“Uu1”等の各周波数成分の文字の大きさは、相対的な強度の大小を示している。   In both of the present invention and the invention of Patent Document 2, processing is performed using a predetermined number of samples obtained by sampling an acoustic signal as one acoustic frame. The odd-numbered and even-numbered sound frames from the top are set in such a manner that half samples overlap each other. Here, FIG. 21 shows how the intensity of each acoustic frame changes during embedding in the invention of Patent Document 2. In the case of a stereo sound signal, processing is performed in the same way for both L-ch (left channel) and R-ch (right channel), but only L-ch (left channel) is shown in FIG. U and d represent relatively high and low frequency components, respectively, and 1 to 6 represent the order of the acoustic frames from the beginning. Therefore, in the example of FIG. 21, six acoustic frames are shown. For example, “Uu1” indicates the high frequency side component of the first acoustic frame. In addition, although the odd-numbered and even-numbered sound frames are actually set by overlapping half of the samples, they are shown in an independent form for convenience of explanation in FIG. In FIG. 21, the size of each frequency component character such as “Uu1” indicates the relative strength.

図21においては、図21(a)は元の音響信号を示しており、図21(b)は埋め込み処理後の音響信号を示している。特許文献2の発明では、奇数番目の音響フレームの高周波側と低周波側の成分強度の大小関係と、偶数番目の音響フレームの高周波側と低周波側の成分強度の大小関係が逆転するように処理を行う。奇数番目と偶数番目のどちらの音響フレームの高周波側を大きくするかによって、埋め込むビット値を変化させることができる。図21の例では、偶数番目の音響フレームの高周波側を大きくすることにより“0”、奇数番目の音響フレームの高周波側を大きくすることにより“1”を埋め込むことを示している。したがって、元の音響信号に“010”という3ビットの情報を埋め込んだ場合、音響フレームの状態は、図21(b)に示すように変化する。   In FIG. 21, FIG. 21 (a) shows the original acoustic signal, and FIG. 21 (b) shows the acoustic signal after the embedding process. In the invention of Patent Document 2, the magnitude relationship between the component strengths on the high frequency side and the low frequency side of the odd-numbered acoustic frame and the magnitude relationship between the component strengths on the high frequency side and the low frequency side of the even-numbered acoustic frame are reversed. Process. The bit value to be embedded can be changed depending on whether the high-frequency side of the odd-numbered or even-numbered acoustic frame is increased. In the example of FIG. 21, “0” is embedded by increasing the high frequency side of the even-numbered acoustic frame, and “1” is embedded by increasing the high-frequency side of the odd-numbered acoustic frame. Therefore, when 3-bit information “010” is embedded in the original acoustic signal, the state of the acoustic frame changes as shown in FIG.

特許文献2の発明では、奇数番目と偶数番目の音響フレームで高周波側の強度と低周波側の強度を逆転させるので、図21(b)に示すように、2音響フレーム単位で見た場合、高周波側にも低周波側にも必ず信号強度の強い部分が存在する。このため、音脈分凝の原理により、人間には、音が途切れたようには聞こえないが、抽出装置では、その明確な変化を認識することができる。   In the invention of Patent Document 2, since the intensity on the high frequency side and the intensity on the low frequency side are reversed in the odd-numbered and even-numbered acoustic frames, when viewed in units of two acoustic frames as shown in FIG. There is always a strong signal strength on both the high and low frequency sides. For this reason, the sound does not sound as if the sound has been interrupted by the principle of sound-band division, but the extraction device can recognize the clear change.

一方で、付加情報を埋め込むための周波数領域を大きく確保したいという要望がある。周波数領域を大きく確保することにより、抽出感度および精度を向上させることができ、1つの音響フレームに埋め込み可能な情報量を増やすことができるためである。周波数領域を広げる方法としては、高音側に広げる方法と、低音側に広げる方法の2通りがあり、前者の方法は実現が容易である。なぜなら、高音側は信号強度が低くヒトの聴覚感度も下がるため、周波数領域を広げても再生品質にはあまり影響を与えないからである。しかし、特許文献2の発明に記載の従来の周波数領域の上限である3.4kHz以上の高音領域は電話回線の帯域外であるため、高音側に広げる方法を採用すると、本願および特許文献2の発明の目的の1つである携帯電話による電子透かし抽出を実現できなくなる。そのため、1.7kHz以下から電話回線帯域の下限である0.3kHz以上の範囲で低音側に広げる方法を採用せざるを得ない。しかし、本低音帯域は信号強度が強く聴覚感度も比較的高いため、埋め込み対象とする周波数領域を低音側に単純に拡張させて、その情報を変化させると、上手く音脈分凝の原理が機能せず、人間の耳に不快な音になってしまうという問題がある。   On the other hand, there is a demand for securing a large frequency region for embedding additional information. This is because by ensuring a large frequency region, the extraction sensitivity and accuracy can be improved, and the amount of information that can be embedded in one acoustic frame can be increased. There are two methods for widening the frequency region: a method for widening to the high frequency side and a method for widening to the low frequency side. The former method is easy to implement. This is because the signal intensity is low on the high sound side and the human auditory sensitivity is lowered, so that the reproduction quality is not greatly affected even if the frequency region is expanded. However, since the treble region of 3.4 kHz or more, which is the upper limit of the conventional frequency region described in the invention of Patent Document 2, is outside the band of the telephone line, adopting a method of expanding to the high sound side, the present application and Patent Document 2 It becomes impossible to implement digital watermark extraction by a mobile phone, which is one of the objects of the invention. For this reason, it is necessary to employ a method of expanding the frequency range from 1.7 kHz or less to 0.3 kHz or more which is the lower limit of the telephone line band. However, since this bass band has high signal strength and relatively high auditory sensitivity, simply expanding the frequency range to be embedded to the bass side and changing the information will function the principle of sound condensation. The problem is that the sound is uncomfortable to the human ear.

本発明では、周波数領域を単純に拡張させるのではなく、1.7kHz以下の低音領域に従来の埋め込み領域とは独立した領域を設け、高低2つの帯域で二重に音脈分凝の原理が機能するようにした。なお、高低2つの帯域は独立して音脈分凝を機能させるため、双方の周波数幅は必ずしも同一である必要はなく(ただし、各々の帯域は周波数方向に更に2分割されるが、2分割領域の幅は同一にする)、電話回線帯域の下限は規格上0.3kHzであるため、低音側の帯域幅は高音側より若干狭く設定せざるを得ない。本実施形態では、高音側は特許文献2の発明と同様に、1.7kHzから3.4kHzの範囲とし、低音側は0.34kHzから1.7kHzの範囲を採用した。   In the present invention, the frequency region is not simply expanded, but a region independent of the conventional embedding region is provided in a low frequency region of 1.7 kHz or less, and the principle of sound pulse concentration is doubled in two high and low bands. Made it work. In addition, since the two high and low bands function the sound pulse separation function independently, both frequency widths do not necessarily have to be the same (however, each band is further divided into two in the frequency direction, but divided into two). Since the lower limit of the telephone line band is 0.3 kHz according to the standard, the bandwidth on the low sound side must be set slightly narrower than that on the high sound side. In the present embodiment, the high sound side is in the range of 1.7 kHz to 3.4 kHz, and the low sound side is in the range of 0.34 kHz to 1.7 kHz, as in the invention of Patent Document 2.

本発明における埋め込み時の各音響フレームの強度変化の様子を図22に示す。本発明においても、ステレオ音響信号の場合は、L-ch(左チャンネル)、R-ch(右チャンネル)とも同様に処理が行われるが、図22においては、L-ch(左チャンネル)のみを示している。また、u、dはそれぞれ相対的に高周波、低周波成分を示し、1〜6は先頭からの音響フレームの順番を示している点も図21と同様である。本発明では、図21に示したような従来の周波数範囲よりもさらに、低い周波数範囲においても、周波数成分の変更処理を行う。図22において、“Uu1”〜“Uu6”、“Ud1”〜“Ud6”は、図21に示したものと同じ成分であるが、“Du1”〜“Du6”、“Dd1”〜“Dd6”は、本発明により新たに情報の埋め込みに用いる成分である。なお、図22においても、“Lu1”等の各周波数成分の文字の大きさは、相対的な強度の大小を示している。   FIG. 22 shows how the intensity of each acoustic frame changes during embedding according to the present invention. In the present invention, in the case of a stereo sound signal, the same processing is performed for both L-ch (left channel) and R-ch (right channel), but in FIG. 22, only L-ch (left channel) is processed. Show. Further, u and d are relatively high frequency and low frequency components, respectively, and 1 to 6 are the same as in FIG. In the present invention, frequency component change processing is performed even in a lower frequency range than the conventional frequency range as shown in FIG. In FIG. 22, “Uu1” to “Uu6” and “Ud1” to “Ud6” are the same components as those shown in FIG. 21, but “Du1” to “Du6” and “Dd1” to “Dd6” are The component newly used for embedding information according to the present invention. In FIG. 22 as well, the size of each frequency component character such as “Lu1” indicates the relative strength.

図23に周波数に対するエネルギー分布および、従来と本発明の埋め込み領域を示す。図23(a)に示すように、音響信号のエネルギー分布は、周波数が低い程大きくなる。図23(b)に示すように、本発明では、従来の埋め込み領域よりも低い周波数範囲も埋め込み領域としたので、全体として埋め込み領域が広がっている。本発明の埋め込み領域において、従来の埋め込み領域と同一周波数範囲の上位の周波数帯(1.7kHz〜3.4kHz)と、新たに拡張された下位の周波数帯(0.34kHz〜1.7kHz)では、上位の方が若干広範囲を有するが、図23(a)に示すように、下位の方がエネルギー分布が大きいため、埋め込みに必要なエネルギーについては、むしろ下位の方が大きくなる。   FIG. 23 shows energy distribution with respect to frequency, and conventional and embedded regions of the present invention. As shown in FIG. 23A, the energy distribution of the acoustic signal increases as the frequency decreases. As shown in FIG. 23B, in the present invention, since the frequency range lower than that of the conventional embedded region is also used as the embedded region, the embedded region is widened as a whole. In the embedding region of the present invention, the upper frequency band (1.7 kHz to 3.4 kHz) in the same frequency range as the conventional embedding region and the newly expanded lower frequency band (0.34 kHz to 1.7 kHz) As shown in FIG. 23 (a), the lower one has a larger energy distribution, so that the energy required for embedding is rather larger in the lower one.

(2.1.埋め込み装置の構成)
次に、本発明に係る音響信号に対する情報の埋め込み装置について説明する。図1は、本発明に係る音響信号に対する情報の埋め込み装置の構成を示す機能ブロック図である。図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は周波数成分変更手段、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はビット配列作成手段、80は変換テーブル作成手段である。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。
(2.1. Configuration of embedded device)
Next, an information embedding device for an acoustic signal according to the present invention will be described. FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of an information embedding device for an acoustic signal according to the present invention. In FIG. 1, 10 is an acoustic frame reading means, 20 is a frequency converting means, 30 is a frequency component changing means, 40 is a frequency inverse converting means, 50 is a modified acoustic frame output means, 60 is a storage means, and 61 is an acoustic signal storage section. , 62 is an additional information storage unit, 63 is a modified acoustic signal storage unit, 70 is a bit array creation unit, and 80 is a conversion table creation unit. The apparatus shown in FIG. 1 can deal with both a stereo sound signal and a monaural sound signal. Here, a case where processing is performed on a stereo sound signal will be described.

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。周波数成分変更手段30は、生成されたスペクトルから所定の周波数範囲に相当するスペクトル集合を複数抽出し、付加情報記憶部62から抽出した付加情報よりビット配列作成手段70が作成したビット配列に基づいて、スペクトル集合の状態を変更する機能を有している。周波数逆変換手段40は、変更されたスペクトル集合を含む複数の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。   The sound frame reading means 10 has a function of reading a predetermined number of samples as one frame from each channel of the original stereo sound signal to be embedded with additional information. The frequency conversion means 20 has a function of generating a spectrum by frequency-converting the frame of the acoustic signal read by the acoustic frame reading means 10 by Fourier transformation or the like. The frequency component changing unit 30 extracts a plurality of spectrum sets corresponding to a predetermined frequency range from the generated spectrum, and based on the bit arrangement created by the bit arrangement creating unit 70 from the additional information extracted from the additional information storage unit 62. The function of changing the state of the spectrum set is provided. The frequency inverse transform means 40 has a function of generating a modified acoustic frame by performing frequency inverse transform on a plurality of spectra including the changed spectrum set. The modified sound frame output means 50 has a function of sequentially outputting the generated modified sound frames.

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。ビット配列作成手段70は、付加情報記憶部62から付加情報を抽出し、付加情報の各ワードについて、変換テーブル作成手段80を参照し、対応するビット配列を作成する機能を有している。変換テーブル作成手段80は、Nwビットが取り得る2のNw乗個の全ての登録順位に対して、互いにハミング距離が少なくとも4以上となるNh(>Nw)ビットのハミング符号を割り当てることにより、Nwビットの登録順位とNhビットのハミング符号が対応付けられた符号変換テーブルを作成する機能を有している。ここで、登録順位とは、Nwビットを10進で表現した場合の値を示しており、Nw=7の場合、登録順位は、0〜127で表現される。   The storage means 60 includes an acoustic signal storage unit 61 that stores a stereo acoustic signal to be embedded as additional information, an additional information storage unit 62 that is configured as a bit string and stores additional information embedded in the stereo acoustic signal, and additional information. It has a modified acoustic signal storage unit 63 for storing the modified acoustic signal after embedding, and stores various information necessary for other processing. The bit array creating unit 70 has a function of extracting additional information from the additional information storage unit 62 and referring to the conversion table creating unit 80 for each word of the additional information to create a corresponding bit array. The conversion table creating means 80 assigns Nw (> Nw) bits of a Hamming code having a Hamming distance of at least 4 to all registration ranks of 2 Nw powers that can be taken by Nw bits. It has a function of creating a code conversion table in which bit registration ranks are associated with Nh-bit Hamming codes. Here, the registration order indicates a value when Nw bits are expressed in decimal. When Nw = 7, the registration order is expressed by 0 to 127.

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。本実施形態では、上記Nw、NhをそれぞれNw=7、Nh=12としている。本実施形態では、付加情報のコード形式としてASCIIコードを採用するため、付加情報においてはNw=7となり、7ビットが1ワードとなる。また、ビット配列作成手段70が作成するビット配列は、12ビットとなり、ビット配列作成後は、これを1ワードとして処理している。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。   The additional information is information that should be added to the sound information and embedded, and includes attribute information such as a title and artist name, and other information other than the attribute information. In the present embodiment, Nw and Nh are set to Nw = 7 and Nh = 12, respectively. In the present embodiment, since the ASCII code is adopted as the code format of the additional information, Nw = 7 in the additional information, and 7 bits are one word. The bit array created by the bit array creating means 70 is 12 bits, and after the bit array is created, this is processed as one word. Each component shown in FIG. 1 is actually realized by installing a dedicated program in hardware such as a computer and its peripheral devices. That is, the computer executes the contents of each means according to a dedicated program.

(2.2.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処理動作について説明する。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N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N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。
(2.2. Processing operation of embedded device)
Next, the processing operation of the information embedding device for the acoustic signal shown in FIG. 1 will be described. The sound frame reading means 10 reads a predetermined number N of samples as one sound frame from each of the left and right channels of the stereo sound signal stored in the sound signal storage unit 61. The number N of samples of one acoustic frame read by the acoustic frame reading means 10 can be set as appropriate, but is desirably about 4096 samples when the sampling frequency is 44.1 kHz. Therefore, the acoustic frame reading means 10 sequentially reads 4096 samples for each of the left channel and the right channel as acoustic frames.

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。   There are A type and B type as acoustic frames. In the A-type acoustic frame and the B-type acoustic frame, the next sample after the last sample of the preceding acoustic frame of the same type is set as the first sample. The A-type and B-type sound frames are set by overlapping a predetermined number (2048 in this embodiment) of samples. For example, if the A type acoustic frame is A1, A2, A3... From the top and the B type acoustic frame is B1, B2, B3... From the top, A1 is samples 1 to 4096, A2 is samples 4097 to 8192, A3. Is samples 8193-12288, B1 is samples 2049-6144, B2 is samples 6145-10240, and B3 is samples 10241-14336. Since the A type and the B type are relative, either one may be first. That is, contrary to the above, A1 is samples 2049 to 6144, A2 is samples 6145 to 10240, A3 is samples 10241 to 14336, B1 is samples 1 to 4096, B2 is samples 4097 to 8192, and B3 is samples 8193 to 12288. May be.

周波数変換手段20は、振幅変換後の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。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。   The frequency converting means 20 performs frequency conversion on the acoustic frame after amplitude conversion, and obtains the spectrum of the acoustic frame. Specifically, frequency conversion is performed using a window function. As frequency conversion, Fourier transform, wavelet transform, and other various known methods can be used. In the present embodiment, a case where Fourier transform is used will be described as an example.

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。   In general, when Fourier transform is performed on a predetermined signal, it is necessary to divide the signal into predetermined lengths. In this case, if Fourier transform is performed on a signal of a predetermined length as it is, a pseudo-harmonic wave is generated. Ingredients are generated. Therefore, in general, when performing Fourier transform, a signal value is changed using a window function called a Hanning window, and then Fourier transform is performed on the changed value.

本実施形態においても、窓関数を利用しているが、Aタイプの音響フレーム、Bタイプの音響フレームで、使用する窓関数を分けている。本実施形態では、図2(a)(b)に示したような第1窓関数W(1,i)、第2窓関数W(2,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、Aタイプの音響フレームに対して用いるためのものであり、図2(a)に示すように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。Aタイプの音響フレームについてのフーリエ変換は、この窓関数W(1,i)を乗じたものに対して行われることになる。   In this embodiment, the window function is used, but the window function to be used is divided into the A type acoustic frame and the B type acoustic frame. In the present embodiment, the first window function W (1, i) and the second window function W (2, i) as shown in FIGS. 2A and 2B are prepared so that the extraction side can easily recognize them. I made it. The first window function W (1, i) is for use with an A type acoustic frame, and has a maximum value of 1 at the position of a predetermined sample number i as shown in FIG. In the rear part, the minimum value is set to 0. Which sample number takes the maximum value depends on the design of the window function W (1, i), but in this embodiment, it is defined by [Equation 1] described later. The Fourier transform for the A type acoustic frame is performed on the product of the window function W (1, i).

また、第2窓関数W(2,i)は、Bタイプの音響フレームに対して用いるためのものであり、図2(b)に示すように、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。Bタイプの音響フレームについてのフーリエ変換は、この窓関数W(2,i)を乗じたものに対して行われることになる。   The second window function W (2, i) is for use with a B-type acoustic frame, and has a maximum value at the position of a predetermined sample number i as shown in FIG. 1 is set, and the front portion is set to have a minimum value of 0. Which sample number takes the maximum value depends on the design of the window function W (2, i), but in this embodiment, it is defined by [Expression 2] described later. The Fourier transform for the B type acoustic frame is performed on the product of the window function W (2, i).

なお、上述のように、本実施形態においては、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。   As described above, in the present embodiment, the sound frame is read in duplicate. That is, a predetermined number of samples are redundantly read in the odd-numbered sound frames and the even-numbered sound frames. As described above, the window function used is different between the odd frame and the even frame, but since either the odd frame or the even frame is simply the difference between the odd frame and the even frame, either process may be performed on either. . Therefore, in this specification, one of the odd-numbered frame and the even-numbered frame is referred to as an A-type frame, and the other is referred to as a B-type frame. In the present embodiment, an odd frame is described as an A type frame and an even frame is described as a B type frame. Conversely, an even frame may be an A type frame and an odd frame may be a B type frame.

本実施形態では、窓関数W(1,i)、W(2,i)は、以下の〔数式1〕〔数式2〕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)(b)において縦軸は信号の振幅値(レベル)を示す。図2(a)(b)において縦軸は窓関数W(1,i)、W(2,i)の値を示しており、W(1,i)、W(2,i)の最大値はいずれも1である。   In the present embodiment, the window functions W (1, i) and W (2, i) are defined by the following [Equation 1] and [Equation 2]. In FIG. 2, the horizontal axis is the time axis (i). As described later, i is a serial number assigned to N samples in each acoustic frame, and is proportional to time t. 2A and 2B, the vertical axis indicates the amplitude value (level) of the signal. 2A and 2B, the vertical axis indicates the values of the window functions W (1, i) and W (2, i), and the maximum values of W (1, i) and W (2, i). Are all 1.

〔数式1〕
i≦N/4のとき、W(1,i)=0.5−0.5cos(4πi/N)
N/4<i≦11N/16のとき、W(1,i)=1.0
11N/16<i≦13N/16のとき、W(1,i)=0.5−0.5cos(8π(i−9N/16)/N)
i>13N/16のとき、W(1,i)=0.0
[Formula 1]
When i ≦ N / 4, W (1, i) = 0.5−0.5 cos (4πi / N)
When N / 4 <i ≦ 11N / 16, W (1, i) = 1.0
When 11N / 16 <i ≦ 13N / 16, W (1, i) = 0.5−0.5 cos (8π (i−9N / 16) / N)
When i> 13N / 16, W (1, i) = 0.0

〔数式2〕
i≦3N/16のとき、W(2,i)=0.0
3N/16<i≦5N/16のとき、W(2,i)=0.5−0.5cos(8π(i−3N/16)/N)
5N/16<i≦3N/4のとき、W(2,i)=1.0
i>3N/4のとき、W(2,i)=0.5−0.5cos(4π(i−N/2)/N)
[Formula 2]
When i ≦ 3N / 16, W (2, i) = 0.0
When 3N / 16 <i ≦ 5N / 16, W (2, i) = 0.5−0.5 cos (8π (i−3N / 16) / N)
When 5N / 16 <i ≦ 3N / 4, W (2, i) = 1.0
When i> 3N / 4, W (2, i) = 0.5−0.5 cos (4π (i−N / 2) / N)

なお、図2および上記〔数式1〕〔数式2〕から明らかなように、窓関数W(1,i)とW(2,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。   As is clear from FIG. 2 and [Formula 1] and [Formula 2], the window functions W (1, i) and W (2, i) are asymmetrical to each other. This is for facilitating identification between the two on the extraction side described later.

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、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)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。   In the present invention, since odd frames and even frames are redundantly read by a predetermined number of samples, after embedding information and then restoring to an acoustic signal, the odd frame multiplied by the window function and the window function are multiplied. When overlapping samples of even frames are added, it is necessary to return almost to the original value. For this reason, when the window functions W (1, i) and W (2, i) are added in the overlapping portion of the odd frame and the even frame, it is defined to be a fixed value 1 for all sections.

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、窓関数W(1,i)を用いて、以下の〔数式3〕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)、虚部Bl(1,j)、右チャンネルに対応する変換データの実部Ar(1,j)、虚部Br(1,j)を得る。   When the frequency conversion means 20 performs Fourier transform on the A type sound frame, the left channel signal Xl (i) and the right channel signal Xr (i) (i = 0,..., N−1). The window function W (1, i) is used to perform processing according to the following [Equation 3], and real part Al (1, j) and imaginary part Bl (1, j) of the conversion data corresponding to the left channel are performed. ), Real part Ar (1, j) and imaginary part Br (1, j) of the conversion data corresponding to the right channel are obtained.

〔数式3〕
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)
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)
[Formula 3]
Al (1, j) = Σi = 0,..., N-1 W (1, i) .Xl (i) .cos (2πij / N)
Bl (1, j) = Σi = 0,..., N-1 W (1, i) · Xl (i) · sin (2πij / N)
Ar (1, j) = Σi = 0,..., N-1 W (1, i) .Xr (i) .cos (2πij / N)
Br (1, j) = Σ i = 0,..., N-1 W (1, 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+N/2)、右チャンネル信号Xr(i+N/2)(i=0,…,N−1)に対して、窓関数W(2,i)を用いて、以下の〔数式4〕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(2,j)、虚部Bl(2,j)、右チャンネルに対応する変換データの実部Ar(2,j)、虚部Br(2,j)を得る。   When the frequency converting means 20 performs Fourier transform on the B type sound frame, the left channel signal Xl (i + N / 2), the right channel signal Xr (i + N / 2) (i = 0,..., N−1) ) Is processed using the window function W (2, i) according to the following [Equation 4], and the real part Al (2, j) and imaginary part Bl of the conversion data corresponding to the left channel are performed. (2, j), real part Ar (2, j) and imaginary part Br (2, j) of the conversion data corresponding to the right channel are obtained.

〔数式4〕
Al(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xl(i+N/2)・cos(2πij/N)
Bl(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xl(i+N/2)・sin(2πij/N)
Ar(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xr(i+N/2)・cos(2πij/N)
Br(2,j)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・Xr(i+N/2)・sin(2πij/N)
[Formula 4]
Al (2, j) = Σi = 0,..., N-1 W (2, i) · Xl (i + N / 2) · cos (2πij / N)
Bl (2, j) = Σi = 0,..., N-1 W (2, i) .Xl (i + N / 2) .sin (2πij / N)
Ar (2, j) = Σi = 0,..., N-1 W (2, i) .Xr (i + N / 2) .cos (2πij / N)
Br (2, j) = Σi = 0,..., N-1 W (2, i) .Xr (i + N / 2) .sin (2πij / N)

上記〔数式3〕〔数式4〕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。   In the above [Expression 3] and [Expression 4], i is a serial number assigned to N samples in each acoustic frame, and takes an integer value of i = 0, 1, 2,... N−1. Further, j is a serial number assigned in order from the smallest value of the frequency value, and takes an integer value of j = 0, 1, 2,... N / 2-1 like i. When the sampling frequency is 44.1 kHz and N = 4096, if the value of j is different by one, the frequency will be different by 10.8 Hz.

上記〔数式3〕〔数式4〕に従った処理を実行することにより、各音響フレームの各窓関数に対応するスペクトルが得られる。続いて、周波数成分変更手段30が、生成されたスペクトルから所定周波数範囲のスペクトル集合を抽出する。本実施形態では、F1以上F2以下の範囲のものを抽出する。   By executing the processing according to the above [Equation 3] and [Equation 4], a spectrum corresponding to each window function of each acoustic frame is obtained. Subsequently, the frequency component changing unit 30 extracts a spectrum set in a predetermined frequency range from the generated spectrum. In the present embodiment, a range between F1 and F2 is extracted.

周波数変換手段20は、周波数変換を実行した後に、各スペクトル集合の平均値が設定値になるように変換する。いわゆる振幅を変換する処理を行う。この振幅変換は、各フレームごとのレベル差を軽減し、適切な情報の埋め込みが可能になるようにすることを目的としているため、設定値Zoとしては適宜設定することができる。   After performing the frequency conversion, the frequency conversion means 20 performs conversion so that the average value of each spectrum set becomes a set value. A so-called amplitude conversion process is performed. The purpose of this amplitude conversion is to reduce the level difference for each frame so that appropriate information can be embedded. Therefore, the set value Zo can be set as appropriate.

周波数変換手段20は、得られたスペクトル集合に対して、振幅変換を行うにあたり、まず変換倍率の算出を行う。変換倍率の算出は、所定周波数範囲のスペクトル集合の実効強度値の平均である平均実効値で上記設定値を除算することにより行う。具体的には、LチャンネルのAタイプの音響フレーム、Bタイプの音響フレーム、RチャンネルのAタイプの音響フレーム、Bタイプの音響フレームのスペクトル集合についての変換倍率Zl(1)、Zl(2)、Zr(1)、Zr(2)は、以下の〔数式5〕に従った処理により算出される。対象音響フレームが無音に近く、分母の二乗総和値が所定の値に満たない場合は、変換倍率を1.0に設定し、振幅変換は行わないようにする。振幅変換が実行されることにより、全ての音響フレームは、元の状態における信号強度に関わらず、各音響フレームのスペクトル集合の平均実効値が設定値となるように振幅変換された状態で、情報の埋め込みが行われることになる。   The frequency conversion means 20 first calculates the conversion magnification when performing the amplitude conversion on the obtained spectrum set. The conversion magnification is calculated by dividing the set value by an average effective value that is an average of effective intensity values of a spectrum set in a predetermined frequency range. Specifically, conversion magnifications Zl (1) and Zl (2) for spectrum sets of the L-channel A-type acoustic frame, the B-type acoustic frame, the R-channel A-type acoustic frame, and the B-type acoustic frame. , Zr (1), Zr (2) are calculated by processing according to the following [Equation 5]. When the target sound frame is close to silence and the square sum of the denominator is less than a predetermined value, the conversion magnification is set to 1.0 and the amplitude conversion is not performed. By performing the amplitude conversion, all the sound frames are in the state of amplitude conversion so that the average effective value of the spectrum set of each sound frame becomes the set value regardless of the signal intensity in the original state. Will be embedded.

〔数式5〕
Zl(1)=Zo/[Σj=m,…,M-1{Al(1,j)2+Bl(1,j)2}]1/2
Zl(2)=Zo/[Σj=m,…,M-1{Al(2,j)2+Bl(2,j)2}]1/2
Zr(1)=Zo/[Σj=m,…,M-1{Ar(1,j)2+Br(1,j)2}]1/2
Zr(2)=Zo/[Σj=m,…,M-1{Ar(2,j)2+Br(2,j)2}]1/2
[Formula 5]
Zl (1) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 }] 1/2
Zl (2) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 }] 1/2
Zr (1) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {Ar (1, j) 2 + Br (1, j) 2 }] 1/2
Zr (2) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 }] 1/2

上記〔数式5〕において、mおよびMは変更対象周波数帯の下限および上限で、Zo=M−mであり、本実施形態では、Zo=288である。   In the above [Equation 5], m and M are the lower limit and upper limit of the frequency band to be changed, and Zo = M−m. In the present embodiment, Zo = 288.

さらに、j=m,…,M−1(周波数F1,...,F2に相当)の範囲で、Al(1,j)およびBl(1,j)の各々の要素に対してZl(1)を乗じ、Al(2,j)およびBl(2,j)の各々の要素に対してZl(2)を乗じ、Ar(1,j)およびBr(1,j)の各々の要素に対してZr(1)を乗じ、Ar(2,j)およびBr(2,j)の各々の要素に対してZr(2)を乗じることにより、振幅変換を行う。以下説明において、Al(1,j)、Bl(1,j)、Al(2,j)、Bl(2,j)、Ar(1,j)、Br(1,j)、Ar(2,j)、Br(2,j)はこれらの振幅変換を行った値とする。   Further, Zl (1) for each element of Al (1, j) and Bl (1, j) in the range of j = m,..., M−1 (corresponding to frequencies F1,. ), Multiply each element of Al (2, j) and Bl (2, j) by Zl (2), and multiply each element of Ar (1, j) and Br (1, j) The amplitude is converted by multiplying Zr (1) and multiplying each element of Ar (2, j) and Br (2, j) by Zr (2). In the following description, Al (1, j), Bl (1, j), Al (2, j), Bl (2, j), Ar (1, j), Br (1, j), Ar (2, j) and Br (2, j) are values obtained by performing these amplitude conversions.

周波数成分変更手段30は、Aタイプの音響フレームについて、ビット配列作成手段70が作成したビット配列に応じて、所定周波数成分の割合を変更する処理を行う。本発明では、ビット配列を1ビットまたは2ビットずつ読み込み、Aタイプ、Bタイプの1対の音響フレームに対して1ビットまたは2ビットの情報を埋め込む。埋め込まれる1ビットの値は、“0” “1”の2通りがある。本実施形態では、これらを値1、値2と定義する。2種類の符号を埋め込むことができるという点で、これらを符号1、符号2と表現することも可能である。この際、“0”“1”の2通りのうち、いずれを値1、値2(符号1、符号2)と定義しても良い。抽出側において、埋め込み側で埋め込まれた1ビットが特定できれば良いためである。したがって、この定義は、埋め込み側と抽出側で一致している必要がある。   The frequency component changing unit 30 performs a process of changing the ratio of the predetermined frequency component for the A type sound frame according to the bit arrangement created by the bit arrangement creating unit 70. In the present invention, a bit array is read one bit or two bits at a time, and 1-bit or 2-bit information is embedded in a pair of acoustic frames of A type and B type. There are two 1-bit values to be embedded: “0” and “1”. In the present embodiment, these are defined as value 1 and value 2. These can be expressed as code 1 and code 2 in that two types of codes can be embedded. At this time, any one of “0” and “1” may be defined as a value 1 and a value 2 (reference numerals 1 and 2). This is because it is sufficient that one bit embedded on the extraction side can be specified on the extraction side. Therefore, this definition must match between the embedding side and the extraction side.

具体的には、埋め込み装置で、音響信号から抽出した所定数のサンプルで構成される音響フレーム内の所定周波数範囲の周波数成分を変更するに際し、その強弱が音脈分凝を発生させるような状態に変更する。これにより、人間には、音が途切れたようには聞こえないが、抽出装置では、その明確な変化を認識することができる。   Specifically, when the frequency component of a predetermined frequency range in an acoustic frame composed of a predetermined number of samples extracted from an acoustic signal is changed by the embedding device, the strength and weakness generate a sound pulse fraction. Change to As a result, although it does not sound as if the sound is interrupted by a human, the extraction device can recognize the clear change.

本実施形態では、音脈分凝の原理を利用して、音響フレームの変更対象周波数帯の成分を2つの状態に変更し、1ビットの情報を埋め込むようにしている。ここで、埋め込み処理の前後における音響フレームの所定周波数成分の変化の状態について説明する。図3に、本実施形態によるAタイプ、BタイプのLチャンネル1音響フレームの所定周波数成分の状態を示す。Rチャンネルについては、Lチャンネルと同様であるので省略してある。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。   In the present embodiment, using the principle of sound pulse segregation, the components of the change target frequency band of the acoustic frame are changed to two states, and 1-bit information is embedded. Here, the state of change of the predetermined frequency component of the acoustic frame before and after the embedding process will be described. FIG. 3 shows the states of the predetermined frequency components of the A type and B type L channel 1 sound frames according to this embodiment. The R channel is omitted because it is the same as the L channel. In each acoustic frame shown in FIG. 3, the horizontal axis indicates the time direction, and the vertical axis indicates the frequency direction.

図3においては、縦軸の周波数方向において、周波数領域が6つに区分されているが、上から2番目〜5番目の領域、すなわち、周波数F1以上F2以下の間が変更対象周波数帯であり、最上部すなわち周波数F2超、最下部すなわちF1未満は、変更対象でない周波数帯である。すなわち、本実施形態では、周波数F1以上F2以下を所定周波数範囲として、スペクトル集合の強度を変更することになる。図3(a)に示すように、Aタイプ音響フレームの変更対象周波数帯については、周波数が低い順に、そのスペクトル集合を1D1、1D2、1U1、1U2で表現することとする。また、図3(b)に示すように、Bタイプ音響フレームの変更対象周波数帯については、周波数が低い順に、そのスペクトル集合を2D1、2D2、2U1、2U2で表現することとする。   In FIG. 3, the frequency region is divided into six in the frequency direction of the vertical axis, but the change target frequency band is the second to fifth regions from the top, that is, between frequency F1 and F2 or less. The uppermost part, that is, the frequency exceeding F2, and the lowermost part, that is, less than F1, are frequency bands not to be changed. That is, in the present embodiment, the intensity of the spectrum set is changed by setting the frequency F1 to F2 as a predetermined frequency range. As shown in FIG. 3A, regarding the change target frequency band of the A type acoustic frame, the spectrum set is expressed by 1D1, 1D2, 1U1, and 1U2 in order of increasing frequency. Also, as shown in FIG. 3B, for the change target frequency band of the B-type acoustic frame, the spectrum set is represented by 2D1, 2D2, 2U1, and 2U2 in order of increasing frequency.

1ビット埋め込み方式で、符号1を埋め込む場合、図3(c)(e)に示すように、1D1と2D2の強度の積、1U1と2U2の強度の積を相対的に強い状態に変更し、1D2と2D1の強度の積、1U2と2U1の強度の積を相対的に弱い状態に変更する。この状態を“状態1”と呼ぶことにする。符号2を埋め込む場合は、図3(d)(f)に示すように、1D2と2D1の強度の積、1U2と2U1の強度の積を相対的に強い状態に変更し、1D1と2D2の強度の積、1U1と2U2の強度の積を相対的に弱い状態に変更する。この状態を“状態2”と呼ぶことにする。網掛けされた部分の濃さは、同濃度のものは、積を求めるための組となるスペクトル集合であることを示している。網掛けの色が濃い方が相対的に強度が強い状態に変更される組を示している。   When embedding code 1 by the 1-bit embedding method, as shown in FIGS. 3C and 3E, the product of the strengths of 1D1 and 2D2 and the product of the strengths of 1U1 and 2U2 are changed to a relatively strong state, The product of the strengths of 1D2 and 2D1 is changed to a relatively weak state. This state is referred to as “state 1”. When embedding the code 2, as shown in FIGS. 3D and 3F, the product of the strength of 1D2 and 2D1 is changed to a relatively strong state, and the product of the strength of 1D2 and 2U1 is changed to a strength of 1D1 and 2D2. The product of the intensity of 1U1 and 2U2 is changed to a relatively weak state. This state is referred to as “state 2”. The shaded portions indicate that the ones having the same concentration are a spectrum set that is a set for obtaining a product. The darker shaded color indicates a group that is changed to a relatively strong state.

1ビット埋め込み方式では、図3(c)(e)または(d)(f)に示すような2つの状態にAタイプ、Bタイプの音響フレームの周波数成分を変更することにより、情報の埋め込みを行っている。2つの状態であるので1ビット分の情報量に相当する。図3(c)〜(f)に示したように、1ビット埋め込み方式の場合、変更対象周波数帯の上位周波数帯と下位周波数帯が全く同一のパターンとなっている。2ビット埋め込み方式の場合は、上位周波数帯と下位周波数帯を独立に変更することにより、上位周波数帯で1ビット、下位周波数帯で1ビットの表現が可能となる。   In the 1-bit embedding method, information is embedded by changing the frequency components of the A-type and B-type sound frames in two states as shown in FIGS. 3C, 3E, 3D, and 3F. Is going. Since there are two states, this corresponds to an information amount of 1 bit. As shown in FIGS. 3C to 3F, in the case of the 1-bit embedding method, the upper frequency band and the lower frequency band of the change target frequency band have exactly the same pattern. In the case of the 2-bit embedding method, by independently changing the upper frequency band and the lower frequency band, it is possible to represent 1 bit in the upper frequency band and 1 bit in the lower frequency band.

本実施形態では、上記変更対象周波数帯F1〜F2を、“0.34kHz〜3.4kHz”に設定する。これは、以下のような理由による。すなわち、音声通信として普及度の高い携帯電話機を受信端末として利用する場合、上限については、電話回線帯域および携帯電話機の上限である3.4kHzとする必要がある。これは、携帯電話機の内部に搭載されているローパスフィルターが、電話交換機に合わせて、3.4kHz以下に対応したものとなっているためである。また、上位周波数帯の下限については、上限の3.4kHzから1オクターブ下がった1.7kHzとすることとした。そして、下位周波数帯の上限を上位周波数帯の下限と同じく、1.7kHzとし、下位周波数帯の下限については、電話回線帯域および携帯電話機の下限である0.3kHz以上とする必要がある。これは、携帯電話機の内部に搭載されているハイパスフィルターが、電話交換機に合わせて、0.3kHz以上に対応したものとなっているためである。そこで、上限の1.7kHzから2オクターブ強下がった0.34kHzとすることとした。下位周波数帯の周波数範囲は、上位周波数帯の周波数範囲に比べ若干狭くなるが、分布している信号成分の強度は平均4倍程度になるため、上位周波数帯より下位周波数帯の方が大きな感度を持つと推定できる。なお、“0.34kHz”“1.7kHz”“3.4kHz”という値は、代表的な値であり、必ずしも正確な値である必要はなく、そこから若干ずれた値であっても良い。   In the present embodiment, the change target frequency bands F1 to F2 are set to “0.34 kHz to 3.4 kHz”. This is due to the following reasons. That is, when a mobile phone having a high degree of spread as voice communication is used as a receiving terminal, the upper limit needs to be 3.4 kHz which is the upper limit of the telephone line band and the mobile phone. This is because the low-pass filter mounted inside the mobile phone corresponds to 3.4 kHz or less in accordance with the telephone exchange. Also, the lower limit of the upper frequency band is set to 1.7 kHz, which is one octave lower than the upper limit of 3.4 kHz. The upper limit of the lower frequency band is set to 1.7 kHz, similar to the lower limit of the upper frequency band, and the lower limit of the lower frequency band needs to be 0.3 kHz or more, which is the lower limit of the telephone line band and the mobile phone. This is because the high-pass filter mounted inside the mobile phone corresponds to 0.3 kHz or more according to the telephone exchange. Therefore, the upper limit of 1.7 kHz is set to 0.34 kHz, which is slightly lower by 2 octaves. The frequency range of the lower frequency band is slightly narrower than the frequency range of the upper frequency band, but the intensity of the distributed signal components is about 4 times on average, so the sensitivity of the lower frequency band is greater than that of the upper frequency band. Can be estimated. The values “0.34 kHz”, “1.7 kHz”, and “3.4 kHz” are representative values, and are not necessarily accurate values, and may be slightly deviated from them.

図3に示した例では、相対的に強い状態と弱い状態に変更することについて説明したが、この強弱の程度については、状況に応じて設定することが可能である。両者の割合は、以下に述べるように、大きいほど抽出時の精度が高くなるが、補間される割合は不完全になり、再生時に不連続成分によるノイズが聞こえる。一方、両者の割合が均等であるほど再生品質は原音に近付くが、埋め込んだビットの抽出ができなくなり、再生品質と抽出精度はトレードオフの関係になる。例えば、強い方を100%、弱い方を0%とした場合、音脈分凝により、補間される部分の音は図3のような変更を行なう前に原音響信号で鳴っていた音の50%程度となることが確認されている。そこで、強い方を70%、弱い方を30%とした場合、音脈分凝により、補間される部分の音は図3のような変更を行なう前に原音響信号で鳴っていた音とほぼ同程度となり、この割合が抽出精度を維持できる限界であることが確認されている。このため、相対的に強いスペクトル集合と、相対的に弱いスペクトル集合の強度の割合を70%と30%とすることを目標に設定することが好ましい。これを実現するため、本実施形態では、後述する具体的な処理において、強い状態を設定するための係数α=0.7、弱い状態を設定するための係数β=0.3とする。ただし、強い状態に変更すべきスペクトル集合の強度が元々小さい場合には、係数α、βを補正する必要が生じる。このため、周波数成分変更手段30は、まず、以下の〔数式6〕に従った処理を実行することにより、各スペクトル集合の強度E1D1、E2D1、E1D2、E2D2、E1U1、E2U1、E1U2、E2U2を算出する。 In the example shown in FIG. 3, the change to the relatively strong state and the weak state has been described. However, the degree of the strength can be set according to the situation. As will be described below, the larger the ratio between the two, the higher the accuracy at the time of extraction. However, the ratio of interpolation becomes incomplete, and noise due to discontinuous components is heard during reproduction. On the other hand, as the ratio between the two is equal, the reproduction quality approaches the original sound, but the embedded bits cannot be extracted, and the reproduction quality and extraction accuracy are in a trade-off relationship. For example, when the strong side is set to 100% and the weak side is set to 0%, the sound of the portion to be interpolated is 50% of the sound that was played in the original acoustic signal before the change as shown in FIG. % Has been confirmed. Therefore, if the strong side is set to 70% and the weak side is set to 30%, the sound of the portion to be interpolated is almost the same as the sound played by the original acoustic signal before the change as shown in FIG. It has been confirmed that this ratio is the limit that can maintain the extraction accuracy. For this reason, it is preferable to set the intensity ratio of the relatively strong spectrum set and the relatively weak spectrum set as 70% and 30%. In order to realize this, in this embodiment, in a specific process described later, a coefficient α = 0.7 for setting a strong state and a coefficient β = 0.3 for setting a weak state are set. However, when the intensity of the spectrum set to be changed to a strong state is originally small, it is necessary to correct the coefficients α and β. For this reason, the frequency component changing means 30 first executes processing according to the following [Equation 6] to thereby obtain the intensities E 1D1 , E 2D1 , E 1D2 , E 2D2 , E 1U1 , E 2U1 of each spectrum set. , to calculate the E 1U2, E 2U2.

〔数式6〕
1D1=Σj=m,…,m+G-1{Al(1,j)2+Bl(1,j)2
2D1=Σj=m,…,m+G-1{Al(2,j)2+Bl(2,j)2
1D2=Σj=m+G,…,m+2G-1{Al(1,j)2+Bl(1,j)2
2D2=Σj=m+G,…,m+2G-1{Al(2,j)2+Bl(2,j)2
1U1=Σj=m+2G,…,m+2G+Gu-1{Al(1,j)2+Bl(1,j)2
2U1=Σj=m+2G,…,m+2G+Gu-1{Al(2,j)2+Bl(2,j)2
1U2=Σj=m+2G+Gu,…,m+2G+2Gu-1{Al(1,j)2+Bl(1,j)2
2U2=Σj=m+2G+Gu,…,m+2G+2Gu-1{Al(2,j)2+Bl(2,j)2
[Formula 6]
E 1D1 = Σ j = m,..., M + G−1 {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 }
E 2D1 = Σ j = m,..., M + G−1 {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 }
E 1D2 = Σ j = m + G,..., M + 2G−1 {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 }
E 2D2 = Σ j = m + G,..., M + 2G−1 {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 }
E 1U1 = Σ j = m + 2G,..., M + 2G + Gu-1 {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 }
E 2U1 = Σ j = m + 2G,..., M + 2G + Gu-1 {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 }
E 1U2 = Σ j = m + 2G + Gu,..., M + 2G + 2Gu−1 {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 }
E 2U2 = Σ j = m + 2G + Gu,..., M + 2G + 2Gu−1 {Al (2, j) 2 + B1 (2, j) 2 }

上記〔数式6〕において、mは変更対象周波数帯の下限の成分の番号、Gは変更対象周波数帯内の下位周波数帯の2分割領域の幅で、Guは変更対象周波数帯内の上位周波数帯の2分割領域の幅で、m+2G+2Guは変更対象周波数帯の上限の成分の番号である。例えば、変更対象周波数帯として、0.34kHz〜3.4kHzを設定する場合、m=32、m+2G+2Gu=320(=M)となる。したがって、下位周波数帯の2分割領域の幅G(=(M/2−m)/2)=64で、上位周波数帯の2分割領域の幅Gu(=(M−M/2)/2)=80である。   In the above [Equation 6], m is the number of the lower limit component of the frequency band to be changed, G is the width of the two divided regions of the lower frequency band in the frequency band to be changed, and Gu is the upper frequency band in the frequency band to be changed. M + 2G + 2Gu is the number of the upper limit component of the frequency band to be changed. For example, when 0.34 kHz to 3.4 kHz is set as the change target frequency band, m = 32 and m + 2G + 2Gu = 320 (= M). Therefore, the width G (= (M / 2−m) / 2) = 64 of the lower frequency band, and the width Gu (= (M−M / 2) / 2) of the upper frequency band. = 80.

さらに、周波数成分変更手段30は、算出された各スペクトル集合の強度を利用して、弱い状態に変更すべきスペクトル集合に対する強い状態に変更すべきスペクトル集合の強度割合γを算出する。これは、1音響フレームに1ビット埋め込む場合と、2ビット埋め込む場合により異なる。1音響フレームに1ビット埋め込む場合は、以下の〔数式7〕に従って強度割合γを算出する。   Further, the frequency component changing unit 30 uses the calculated intensity of each spectrum set to calculate the intensity ratio γ of the spectrum set to be changed to a strong state with respect to the spectrum set to be changed to the weak state. This differs depending on whether 1 bit is embedded in one acoustic frame or 2 bits. When 1 bit is embedded in one acoustic frame, the intensity ratio γ is calculated according to the following [Equation 7].

〔数式7〕
埋め込みデータが値1の場合、γ=(E1D1・E1U1・E2D2・E2U2)/(E1D2・E1U2・E2D1・E2U1
埋め込みデータが値2の場合、γ=(E1D2・E1U2・E2D1・E2U1)/(E1D1・E1U1・E2D2・E2U2
[Formula 7]
If the embedded data is a value 1, γ = (E 1D1 · E 1U1 · E 2D2 · E 2U2) / (E 1D2 · E 1U2 · E 2D1 · E 2U1)
If the embedded data is a value 2, γ = (E 1D2 · E 1U2 · E 2D1 · E 2U1) / (E 1D1 · E 1U1 · E 2D2 · E 2U2)

1音響フレームに1ビット埋め込む場合、さらに強度割合γの値に応じて、周波数成分変更手段30は、以下の〔数式8〕に従った処理を実行することにより、係数α、βを補正して係数α´、β´を得る。   When 1 bit is embedded in one acoustic frame, the frequency component changing means 30 further corrects the coefficients α and β by executing the processing according to the following [Equation 8] according to the value of the intensity ratio γ. The coefficients α ′ and β ′ are obtained.

〔数式8〕
0.01≦γ<1.0の場合、α´=α・γ-1/4、β´=β・γ1/4
γ<0.01の場合、α´=10.0・α、β´=0.1・β
γ≧1.0の場合、補正を行わない。
[Formula 8]
In the case of 0.01 ≦ γ <1.0, α'= α · γ -1/4, β'= β · γ 1/4
When γ <0.01, α ′ = 10.0 · α, β ′ = 0.1 · β
When γ ≧ 1.0, no correction is performed.

一方、1音響フレームに2ビット埋め込む場合は、以下の〔数式9〕に従って強度割合γを算出する。   On the other hand, when embedding 2 bits in one acoustic frame, the intensity ratio γ is calculated according to the following [Equation 9].

〔数式9〕
第1埋め込みデータが値1の場合、γ1=(E1D1・E2D2)/(E1D2・E2D1
第1埋め込みデータが値2の場合、γ1=(E1D2・E2D1)/(E1D1・E2D2
第2埋め込みデータが値1の場合、γ2=(E1U1・E2U2)/(E1U2・E2U1
第2埋め込みデータが値2の場合、γ2=(E1U2・E2U1)/(E1U1・E2U2
[Formula 9]
When the first embedded data is 1, γ 1 = (E 1D1 · E 2D2 ) / (E 1D2 · E 2D1 )
When the first embedded data is 2, γ 1 = (E 1D2 · E 2D1 ) / (E 1D1 · E 2D2 )
If the second embedded data value 1, γ 2 = (E 1U1 · E 2U2) / (E 1U2 · E 2U1)
If the second embedded data values 2, γ 2 = (E 1U2 · E 2U1) / (E 1U1 · E 2U2)

1音響フレームに2ビット埋め込む場合、さらに強度割合γ1、γ2の値に応じて、周波数成分変更手段30は、以下の〔数式10〕に従った処理を実行することにより、係数α、βを補正して係数α1´、β1´、α2´、β2´を得る。 When embedding 2 bits in one acoustic frame, the frequency component changing means 30 further executes the processing according to the following [Equation 10] according to the values of the intensity ratios γ 1 and γ 2 , thereby obtaining the coefficients α and β. To obtain coefficients α 1 ′, β 1 ′, α 2 ′, β 2 ′.

〔数式10〕
0.01≦γ1<1.0の場合、α1´=α・γ1 -1/2、β1´=β・γ1 1/2
γ<0.01の場合、α1´=10.0・α、β1´=0.1・β
γ≧1.0の場合、補正を行わない。
0.01≦γ2<1.0の場合、α2´=α・γ2 -1/2、β2´=β・γ2 1/2
γ<0.01の場合、α2´=10.0・α、β2´=0.1・β
γ≧1.0の場合、補正を行わない。
[Formula 10]
When 0.01 ≦ γ 1 <1.0, α 1 ′ = α · γ 1 −1/2 , β 1 ′ = β · γ 1 1/2
When γ <0.01, α 1 ′ = 10.0 · α, β 1 ′ = 0.1 · β
When γ ≧ 1.0, no correction is performed.
When 0.01 ≦ γ 2 <1.0, α 2 ′ = α · γ 2 −1/2 , β 2 ′ = β · γ 2 1/2
When γ <0.01, α 2 ′ = 10.0 · α, β 2 ′ = 0.1 · β
When γ ≧ 1.0, no correction is performed.

さらに、周波数成分変更手段30は、連続するAタイプ音響フレーム、Bタイプ音響フレームにおける実部Al(1,j)、Ar(1,j)、Al(2,j)、Ar(2,j)、Bl(1,j)、Br(1,j)、Bl(2,j)、Br(2,j)に対して、周波数領域パラメータとして、下限m(=32)から上限M(=320)を設定し、mからM/2を幅G(=(M/2−m)/2)をもつ2個の領域に分割し、m+2GからMを幅Gu(=(M−M/2)/2)をもつ2個の領域に分割し、埋め込むべきビット値に応じて、各々改変を加える。一例として、1音響フレームに2ビット埋め込む方式で、埋め込むべきビット値が1ビット目、2ビット目ともに“値1”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、周波数成分の状態を“状態1”、すなわち、図3(c)(e)に示したような状態に変更する。   Further, the frequency component changing means 30 is provided with real parts Al (1, j), Ar (1, j), Al (2, j), Ar (2, j) in the continuous A type acoustic frame and B type acoustic frame. , Bl (1, j), Br (1, j), Bl (2, j), Br (2, j) as frequency domain parameters, the lower limit m (= 32) to the upper limit M (= 320) , M to M / 2 are divided into two regions having a width G (= (M / 2−m) / 2), and m + 2G to M are divided into width Gu (= (M−M / 2) / It is divided into two areas having 2), and each is modified according to the bit value to be embedded. As an example, when the bit value to be embedded is “value 1” for both the first bit and the second bit in the method of embedding 2 bits in one acoustic frame, by executing the processing according to the following [Equation 11], The state of the frequency component is changed to “state 1”, that is, the state as shown in FIGS.

〔数式11〕
j=m〜m+G−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)21/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)・α1/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)・α1/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)・α1/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)・α1/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
E(2,j)={Al(2,j)2+Bl(2,j)2+Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Al´(2,j)=Al(2,j)・E(2,j)・β1/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Bl´(2,j)=Bl(2,j)・E(2,j)・β1/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Ar´(2,j)=Ar(2,j)・E(2,j)・β1/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Br´(2,j)=Br(2,j)・E(2,j)・β1/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
j=m+G〜m+2G−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)21/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)・β1/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)・β1/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)・β1/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)・β1/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
E(2,j)={Al(2,j)2+Bl(2,j)2+Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Al´(2,j)=Al(2,j)・E(2,j)・α1/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Bl´(2,j)=Bl(2,j)・E(2,j)・α1/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Ar´(2,j)=Ar(2,j)・E(2,j)・α1/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Br´(2,j)=Br(2,j)・E(2,j)・α1/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
j=m+2G〜m+2G+Gu−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)21/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)・α2/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)・α2/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)・α2/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)・α2/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
E(2,j)={Al(2,j)2+Bl(2,j)2+Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Al´(2,j)=Al(2,j)・E(2,j)・β2/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Bl´(2,j)=Bl(2,j)・E(2,j)・β2/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Ar´(2,j)=Ar(2,j)・E(2,j)・β2/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Br´(2,j)=Br(2,j)・E(2,j)・β2/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
j=m+2G+Gu〜M−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)21/2
Al´(1,j)=Al(1,j)・E(1,j)・β2/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Bl´(1,j)=Bl(1,j)・E(1,j)・β2/{Al(1,j)2+Bl(1,j)21/2
Ar´(1,j)=Ar(1,j)・E(1,j)・β2/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
Br´(1,j)=Br(1,j)・E(1,j)・β2/{Ar(1,j)2+Br(1,j)21/2
E(2,j)={Al(2,j)2+Bl(2,j)2+Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Al´(2,j)=Al(2,j)・E(2,j)・α2/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Bl´(2,j)=Bl(2,j)・E(2,j)・α2/{Al(2,j)2+Bl(2,j)21/2
Ar´(2,j)=Ar(2,j)・E(2,j)・α2/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
Br´(2,j)=Br(2,j)・E(2,j)・α2/{Ar(2,j)2+Br(2,j)21/2
[Formula 11]
For each component of j = m to m + G−1, 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) · α 1 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Bl ′ (1, j) = Bl (1, j) · E (1, j) · α 1 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Ar ′ (1, j) = Ar (1, j) · E (1, j) · α 1 / {Ar (1, j) 2 + Br (1, j) 2 } 1/2
Br ′ (1, j) = Br (1, j) · E (1, j) · α 1 / {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
Al ′ (2, j) = Al (2, j) · E (2, j) · β 1 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Bl ′ (2, j) = Bl (2, j) · E (2, j) · β 1 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Ar ′ (2, j) = Ar (2, j) · E (2, j) · β 1 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
Br ′ (2, j) = Br (2, j) · E (2, j) · β 1 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
For each component of j = m + G to m + 2G-1, 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) · β 1 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Bl ′ (1, j) = Bl (1, j) · E (1, j) · β 1 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Ar ′ (1, j) = Ar (1, j) · E (1, j) · β 1 / {Ar (1, j) 2 + Br (1, j) 2 } 1/2
Br ′ (1, j) = Br (1, j) · E (1, j) · β 1 / {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
Al ′ (2, j) = Al (2, j) · E (2, j) · α 1 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Bl ′ (2, j) = Bl (2, j) · E (2, j) · α 1 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Ar ′ (2, j) = Ar (2, j) · E (2, j) · α 1 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
Br ′ (2, j) = Br (2, j) · E (2, j) · α 1 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
For each component of j = m + 2G to m + 2G + Gu−1, 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) · α 2 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Bl ′ (1, j) = Bl (1, j) · E (1, j) · α 2 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Ar ′ (1, j) = Ar (1, j) · E (1, j) · α 2 / {Ar (1, j) 2 + Br (1, j) 2 } 1/2
Br ′ (1, j) = Br (1, j) · E (1, j) · α 2 / {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
Al ′ (2, j) = Al (2, j) · E (2, j) · β 2 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Bl ′ (2, j) = Bl (2, j) · E (2, j) · β 2 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Ar ′ (2, j) = Ar (2, j) · E (2, j) · β 2 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
Br ′ (2, j) = Br (2, j) · E (2, j) · β 2 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
For each component of j = m + 2G + Gu to M−1, 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) · β 2 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Bl ′ (1, j) = Bl (1, j) · E (1, j) · β 2 / {Al (1, j) 2 + Bl (1, j) 2 } 1/2
Ar ′ (1, j) = Ar (1, j) · E (1, j) · β 2 / {Ar (1, j) 2 + Br (1, j) 2 } 1/2
Br ′ (1, j) = Br (1, j) · E (1, j) · β 2 / {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
Al ′ (2, j) = Al (2, j) · E (2, j) · α 2 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Bl ′ (2, j) = Bl (2, j) · E (2, j) · α 2 / {Al (2, j) 2 + Bl (2, j) 2 } 1/2
Ar ′ (2, j) = Ar (2, j) · E (2, j) · α 2 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2
Br ′ (2, j) = Br (2, j) · E (2, j) · α 2 / {Ar (2, j) 2 + Br (2, j) 2 } 1/2

1音響フレームに2ビット埋め込む方式で、1ビット目、2ビット目のいずれかもしくは両方の埋め込むべきビット値が“値2”である場合は、それに応じて上記〔数式11〕において、α1とβ1を互いに交換するか、α2とβ2を互いに交換して処理を実行する。また、1音響フレームに1ビット埋め込む方式の場合は、上記〔数式11〕において、α1=α2=α、β1=β2=βとして処理を実行する。この場合は、スペクトル集合単位の強弱パターンは、高周波側と低周波側で同一となる。 In the method of embedding 2 bits in one acoustic frame, if the bit value to be embedded in either or both of the first bit and the second bit is “value 2”, α 1 and The processing is executed by exchanging β 1 with each other or exchanging α 2 and β 2 with each other. In the case of a method of embedding 1 bit in one acoustic frame, the processing is executed with α 1 = α 2 = α and β 1 = β 2 = β in the above [Formula 11]. In this case, the intensity pattern of the spectrum set unit is the same on the high frequency side and the low frequency side.

なお、上記〔数式8〕〔数式10〕に従った処理を実行して係数α´、β´、α1´、β1´、α2´、β2´を得た場合は、上記〔数式11〕において、係数α、β、α1、β1、α2、β2に代えて係数α´、β´、α1´、β1´、α2´、β2´を用いる。 In addition, when the processing according to the above [Formula 8] and [Formula 10] is executed to obtain the coefficients α ′, β ′, α 1 ′, β 1 ′, α 2 ′, β 2 ′, 11], coefficients α ′, β ′, α 1 ′, β 1 ′, α 2 ′, β 2 ′ are used in place of the coefficients α, β, α 1 , β 1 , α 2 , β 2 .

周波数逆変換手段40は、上記のようにして、周波数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。   As described above, the frequency inverse transform means 40 performs the process of obtaining the modified sound frame by performing the frequency inverse transform on the frame spectrum in which the state of the frequency component is changed. Naturally, the inverse frequency conversion needs to correspond to the method executed by the frequency conversion means 20. In the present embodiment, since the frequency transform unit 20 performs the Fourier transform, the frequency inverse transform unit 40 executes the Fourier inverse transform.

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11〕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12〕に従った処理を行い、Xl´(i)、Xr´(i)を算出する。なお、上記〔数式11〕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。周波数逆変換を計算するにあたり、Al´(1,j)およびBl´(1,j)に対しては〔数式5〕におけるZl(1)を、Ar´(1,j)およびBr´(1,j)に対しては〔数式5〕におけるZr(1)を除することにより、同時に振幅逆変換を施す必要がある。   Specifically, for the A type sound frame, the frequency inverse transform means 40 uses the imaginary part Bl such as the real part Al ′ (1, j) of the left channel of the spectrum obtained by the above [Equation 11]. Using the real part Ar ′ (1, j) of the right channel, imaginary part Br ′ (1, j), etc., according to the following [Equation 12], X ′ '(I) and Xr' (i) are calculated. For the frequency component not modified in the above [Equation 11], Al (1, j) or the like that is the original frequency component is used as Al ′ (1, j) or the like. In calculating the inverse frequency transform, for Al ′ (1, j) and Bl ′ (1, j), Zl (1) in [Formula 5] is replaced with Ar ′ (1, j) and Br ′ (1 , J), it is necessary to simultaneously perform inverse amplitude transformation by dividing Zr (1) in [Formula 5].

〔数式12〕
Xl´(i)=1/N・{ΣjAl´(1,j)・cos(2πij/N)/Zl(1)−ΣjBl´(1,j)・sin(2πij/N)/Zl(1)}+Xlp(i+N/2)
Xr´(i)=1/N・{ΣjAr´(1,j)・cos(2πij/N)/Zr(1)−ΣjBr´(1,j)・sin(2πij/N)/Zr(1)}+Xrp(i+N/2)
[Formula 12]
Xl' (i) = 1 / N · {Σ j Al' (1, j) · cos (2πij / N) / Zl (1) -Σ j Bl' (1, j) · sin (2πij / N) / Zl (1)} + Xlp (i + N / 2)
Xr' (i) = 1 / N · {Σ j Ar' (1, j) · cos (2πij / N) / Zr (1) -Σ j Br' (1, j) · sin (2πij / N) / Zr (1)} + Xrp (i + N / 2)

上記〔数式12〕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12〕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12〕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。 In the above [Formula 12], Σ j = 0, ... , N−1 is shown as Σ j in order to prevent the expression from becoming complicated. The terms “+ Xlp (i + N / 2)” in the first equation and “+ Xrp (i + N / 2)” in the second equation in the above [Equation 12] indicate the data Xlp (i) of the modified acoustic frame modified immediately before, When Xrp (i) exists, the addition is performed in consideration of the overlap of N / 2 samples on the time axis. By the above [Equation 12], each sample Xl ′ (i) of the left channel and each sample Xr ′ (i) of the right channel of the A type modified acoustic frame are obtained.

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11〕により得られたスペクトルの左チャンネルの実部Al´(2,j)、虚部Bl´(2,j)、右チャンネルの実部Ar´(2,j)、虚部Br´(2,j)を用いて、以下の〔数式13〕に従った処理を行い、Xl´(i)、Xr´(i)を算出する。なお、上記〔数式11〕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13〕においてはAl´(2,j)、Bl´(2,j)、Ar´(2,j)、Br´(2,j)として、元の値であるAl(2,j)、Bl(2,j)、Ar(2,j)、Br(2,j)を用いる。周波数逆変換を計算するにあたり、Al´(2,j)およびBl´(2,j)に対しては〔数式5〕におけるZl(2)を、Ar´(2,j)およびBr´(2,j)に対しては〔数式5〕におけるZr(2)を除することにより、同時に振幅逆変換を施す必要がある。   For the B type acoustic frame, the frequency inverse transform means 40 performs real part Al ′ (2, j) and imaginary part Bl ′ (2, j) of the left channel of the spectrum obtained by the above [Equation 11]. , Using the real part Ar ′ (2, j) and imaginary part Br ′ (2, j) of the right channel, the processing according to the following [Equation 13] is performed, and Xl ′ (i), Xr ′ (i ) Is calculated. For frequency components that are not modified in the above [Equation 11], in the following [Equation 13], Al ′ (2, j), Bl ′ (2, j), Ar ′ (2, j), Br The original values Al (2, j), Bl (2, j), Ar (2, j), and Br (2, j) are used as ′ (2, j). In calculating the frequency inverse transform, for Al ′ (2, j) and Bl ′ (2, j), Zl (2) in [Equation 5] is replaced with Ar ′ (2, j) and Br ′ (2 , J), it is necessary to simultaneously perform inverse amplitude transformation by dividing Zr (2) in [Equation 5].

〔数式13〕
Xl´(i+N/2)=1/N・{ΣjAl´(2,j)・cos(2πij/N)/Zl(2)−ΣjBl´(2,j)・sin(2πij/N)/Zl(2)}+Xlp(i+N)
Xr´(i+N/2)=1/N・{ΣjAr´(2,j)・cos(2πij/N)/Zr(2)−ΣjBr´(2,j)・sin(2πij/N)/Zr(2)}+Xrp(i+N)
[Formula 13]
Xl' (i + N / 2) = 1 / N · {Σ j Al' (2, j) · cos (2πij / N) / Zl (2) -Σ j Bl' (2, j) · sin (2πij / N ) / Zl (2)} + Xlp (i + N)
Xr' (i + N / 2) = 1 / N · {Σ j Ar' (2, j) · cos (2πij / N) / Zr (2) -Σ j Br' (2, j) · sin (2πij / N ) / Zr (2)} + Xrp (i + N)

上記〔数式13〕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。   By the above [Equation 13], each sample Xl ′ (i) of the left channel and each sample Xr ′ (i) of the right channel of the B type modified acoustic frame are obtained.

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。   The modified sound frame output unit 50 sequentially outputs the A type modified sound frame and the B type modified sound frame obtained by the processing of the frequency inverse transform unit 40 to an output file.

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について説明する。埋め込み装置を起動すると、まず、変換テーブル作成手段80が、Nwビットの登録順位とNhビットのハミング符号が対応付けられた符号変換テーブルを作成する。変換テーブル作成手段80による符号変換テーブル作成のフローチャートを図4に示す。   Next, the overall flow of processing of the information embedding device for the acoustic signal shown in FIG. 1 will be described. When the embedding device is activated, the conversion table creating means 80 first creates a code conversion table in which Nw-bit registration ranks are associated with Nh-bit Hamming codes. FIG. 4 shows a flowchart of code conversion table creation by the conversion table creation means 80.

変換テーブル作成手段80は、最初に初期化処理を行う(S601)。具体的には、7ビット符号“0”に12ビット符号“1”を対応付けて符号変換テーブルのi(=0)番目に登録するとともに、7ビット符号KFの初期値を1、12ビット符号HFの初期値を2とする。続いて、i=0に初期設定する(S602)。次に、12ビット符号HFと符号変換テーブルのi番目に既に登録されている他の12ビット符号とのハミング距離を算出する(S603)。   The conversion table creation unit 80 first performs initialization processing (S601). Specifically, the 7-bit code “0” is associated with the 12-bit code “1” and registered in the i (= 0) -th code conversion table, and the initial value of the 7-bit code KF is set to the 1, 12-bit code. The initial value of HF is 2. Subsequently, i = 0 is initially set (S602). Next, a Hamming distance between the 12-bit code HF and another 12-bit code already registered in the i-th code conversion table is calculated (S603).

算出したハミング距離が4未満の場合、HFの値を1増加して更新した後(S604)、S602に戻って、次の12ビット符号HFについての処理を行う。一方、算出したハミング距離が4以上の場合、iの値を1増加して更新する(S605)。そして、iがKF−1未満である場合には、S603に戻って、符号変換テーブル内のi番目に登録されている12ビット符号とのハミング距離を算出する。S605の後、iがKF−1以上となった場合には、12ビット符号HFを符号変換テーブルの7ビット符号KFの位置に登録するとともに、KF、HFの値をそれぞれ1ずつ増加して更新する(S606)。そして、KFが128未満である場合は、S602に戻って、次の7ビット符号KFについての処理を行う。KFが128以上である場合は、全ての7ビット符号KFに対応する12ビット符号HFが登録されたことになるので、符号変換テーブル作成処理を終了する。   If the calculated Hamming distance is less than 4, the value of HF is incremented by 1 (S604), and then the process returns to S602 and the next 12-bit code HF is processed. On the other hand, if the calculated Hamming distance is 4 or more, the value of i is incremented by 1 and updated (S605). If i is less than KF-1, the process returns to S603 to calculate the Hamming distance from the 12th code registered in the code conversion table. If i becomes KF-1 or more after S605, the 12-bit code HF is registered at the position of the 7-bit code KF in the code conversion table, and the values of KF and HF are respectively incremented by 1 and updated. (S606). If KF is less than 128, the process returns to S602 and the process for the next 7-bit code KF is performed. When KF is 128 or more, since 12-bit codes HF corresponding to all 7-bit codes KF have been registered, the code conversion table creation process is terminated.

このようにして作成された符号変換テーブルを図5に示す。図5に示すように、符号変換テーブルには、7ビット符号が取り得る各値0〜127について、12ビット符号が対応付けて登録されている。12ビット符号の2進表記を見るとわかるように、全ての12ビット符号は互いにハミング距離が4以上となっている。なお、図5の例では、説明の便宜上、7ビット符号の10進表記と、12ビット符号の10進表記及び2進表記を示しているが、現実には、7ビット符号のビット列と12ビット符号のビット列が対応付けて登録されている。   The code conversion table created in this way is shown in FIG. As shown in FIG. 5, 12-bit codes are registered in the code conversion table in association with values 0 to 127 that can be taken by 7-bit codes. As can be seen from the binary representation of the 12-bit code, all the 12-bit codes have a hamming distance of 4 or more. In the example of FIG. 5, for convenience of explanation, a decimal representation of a 7-bit code and a decimal representation and a binary representation of a 12-bit code are shown. Code bit strings are registered in association with each other.

続いて、符号変換テーブル作成処理後の、埋め込み装置の処理を、図6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6に従った処理を実行する。図6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ワードのビット数Nw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、ASCIIコードの実質7ビットに設定されている。   Next, the processing of the embedding device after the code conversion table creation processing will be described with reference to the flowchart of FIG. Each component which comprises the apparatus shown in FIG. 1 cooperates, and performs the process according to FIG. FIG. 6 corresponds to processing for one word of additional information. The number of bits Nw of one word can be set to an arbitrary number of bits, but as described above, in this embodiment, it is set to substantially 7 bits of the ASCII code.

図6においては、まず、ビット配列作成手段70は、付加情報記憶部62から抽出した付加情報の各ワードについて、変換テーブル作成手段80を参照し、対応するビット配列を作成する(S101)。具体的には、まず、付加情報記憶部62から1ワード(7ビット)単位で抽出し、図5に示した符号変換テーブルを参照し、対応するハミング符号で構成される12ビットのビット配列を抽出する。   In FIG. 6, first, the bit array creation means 70 creates a corresponding bit array by referring to the conversion table creation means 80 for each word of the additional information extracted from the additional information storage unit 62 (S101). Specifically, first, the additional information storage unit 62 is extracted in units of one word (7 bits), referring to the code conversion table shown in FIG. Extract.

そして、この12ビットが、音響信号に対する情報の埋め込み装置として用いられるコンピュータ内のレジスタに読み込まれることになる。このように、付加情報記憶部62においては、1ワードは7ビットであるが、埋め込み処理時は、この12ビットの配列で、付加情報内の1ワード分の処理を行う。   These 12 bits are read into a register in a computer used as an information embedding device for an acoustic signal. Thus, in the additional information storage unit 62, one word is 7 bits, but at the time of embedding processing, processing for one word in the additional information is performed with this 12-bit array.

次に、周波数成分変更手段30が、レジスタに保持されたNh(=12)ビットから1ビットを読み込む処理を行う(S102)。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Aタイプの1音響フレームとして読み込み、周波数変換手段20が周波数変換を行って、得られたフレームスペクトルに対して振幅変換を行う(S103)。具体的には、まず、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。すなわち、各音響フレームについて、窓関数W(1,i)を用いて、上記〔数式2〕に従った処理を行う。そして、上記〔数式5〕に従った処理を実行してZl(1)、Zr(1)を算出し振幅変換を行う。同様に、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Bタイプの1音響フレームとして読み込み、周波数変換手段20が周波数変換を行って、得られたフレームスペクトルに対して振幅変換を行う(S104)。具体的には、まず、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。すなわち、各音響フレームについて、窓関数W(2,i)を用いて、上記〔数式3〕に従った処理を行う。そして、上記〔数式5〕に従った処理を実行してZl(2)、Zr(2)を算出し振幅変換を行う。続いて、周波数成分変更手段30が、読み込んだビット値に応じてAタイプ音響フレームおよびBタイプ音響フレームの周波数成分の状態を変更するにあたり、〔数式6〕〔数式8〕に従った処理を実行して変換割合α、βを決定する処理を行う(S105)。この決定された変換割合を用いて、周波数成分変更手段30は、ビット配列作成手段70から受け取った値1、値2に応じて上記〔数式11〕に従った処理を実行し、変更対象周波数帯の成分の状態を“状態1”、“状態2”に応じた状態のいずれかに変更する(S106)。   Next, the frequency component changing unit 30 performs a process of reading one bit from Nh (= 12) bits held in the register (S102). Subsequently, the acoustic frame reading means 10 reads a predetermined number of samples from the left and right channels of the stereo acoustic signal stored in the acoustic signal storage unit 61 as one A-type acoustic frame, and the frequency converting means 20 Conversion is performed, and amplitude conversion is performed on the obtained frame spectrum (S103). Specifically, first, frequency conversion is performed on the read sound frame to obtain a frame spectrum that is a spectrum of the sound frame. That is, for each acoustic frame, processing according to the above [Equation 2] is performed using the window function W (1, i). Then, the process according to the above [Equation 5] is executed to calculate Zl (1) and Zr (1) and perform amplitude conversion. Similarly, the acoustic frame reading means 10 reads a predetermined number of samples as one B-type acoustic frame from the left and right channels of the stereo acoustic signal stored in the acoustic signal storage unit 61, and the frequency conversion means 20 Conversion is performed, and amplitude conversion is performed on the obtained frame spectrum (S104). Specifically, first, frequency conversion is performed on the read sound frame to obtain a frame spectrum that is a spectrum of the sound frame. That is, for each acoustic frame, processing according to the above [Equation 3] is performed using the window function W (2, i). Then, the process according to the above [Equation 5] is executed to calculate Zl (2) and Zr (2) and perform amplitude conversion. Subsequently, when the frequency component changing unit 30 changes the state of the frequency component of the A type sound frame and the B type sound frame according to the read bit value, the processing according to [Formula 6] and [Formula 8] is executed. Then, the conversion ratios α and β are determined (S105). Using this determined conversion ratio, the frequency component changing unit 30 executes the processing according to the above [Equation 11] according to the value 1 and the value 2 received from the bit array creating unit 70, and changes the frequency band to be changed. The state of the component is changed to either “state 1” or “state 2” (S106).

次に、周波数逆変換手段40が、上記S106の処理によりAタイプの音響フレームに対応する各スペクトル集合の強度が変更されたスペクトルを振幅逆変換、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)。この振幅逆変換は〔数式5〕で算出したZl(1)、Zr(1)の逆数をスペクトルに乗じることにより行ない、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S103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11〕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12〕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。   Next, the frequency inverse transforming unit 40 performs a process of obtaining a modified acoustic frame by performing an amplitude inverse transform and a frequency inverse transform on the spectrum in which the intensity of each spectrum set corresponding to the A type acoustic frame is changed by the process of S106. Perform (S107). This inverse amplitude transform is performed by multiplying the spectrum by the inverse of Zl (1) and Zr (1) calculated by [Equation 5]. This inverse frequency transform is naturally performed by the frequency transforming means 20 in S103. It is necessary to support this method. In the present embodiment, since the frequency transform unit 20 performs the inverse Fourier transform, the frequency inverse transform unit 40 performs the inverse Fourier transform. Specifically, the real part Ar ′ (1) of the right channel, such as the real part Al ′ (1, j) of the left channel, the imaginary part Bl ′ (1, j), etc. of the spectrum obtained by the above [Equation 11]. , J) and the like, the imaginary part Br ′ (1, j) and the like are used to perform processing according to the above [Equation 12] to calculate Xl ′ (i) and Xr ′ (i). The modified sound frame output means 50 sequentially outputs the obtained modified sound frames to an output file.

同様に、周波数逆変換手段40が、上記S106の処理によりBタイプの音響フレームに対応する各スペクトル集合の強度が変更されたスペクトルを振幅逆変換、周波数逆変換して改変音響フレームを得る処理を行う(S108)。具体的には、振幅逆変換は〔数式5〕で算出したZl(2)、Zr(2)の逆数をスペクトルに乗じることにより行ない、上記〔数式11〕により得られたスペクトルの左チャンネルの実部Al´(2,j)等、虚部Bl´(2,j)等、右チャンネルの実部Ar´(2,j)等、虚部Br´(2,j)等を用いて、上記〔数式13〕に従った処理を行い、Xl´(i)、Xr´(i)を算出する。   Similarly, the frequency inverse transform unit 40 performs a process of obtaining a modified acoustic frame by performing an amplitude inverse transform and a frequency inverse transform on the spectrum in which the intensity of each spectrum set corresponding to the B type acoustic frame is changed by the process of S106. Perform (S108). Specifically, the inverse amplitude transform is performed by multiplying the spectrum by the reciprocal of Zl (2) and Zr (2) calculated by [Equation 5], and the actual left channel of the spectrum obtained by [Equation 11] is obtained. Using the part Al ′ (2, j) etc., the imaginary part Bl ′ (2, j) etc., the real part Ar ′ (2, j) of the right channel, the imaginary part Br ′ (2, j) etc. Processing according to [Formula 13] is performed to calculate Xl ′ (i) and Xr ′ (i).

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。こうして各チャンネルについて、AタイプおよびBタイプの2つの音響フレームに対する処理を終えたら、周波数成分変更手段30がビット配列中の次の1ビットを読み込む(S102)。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(S103、S104)、処理を終了する。なお、S101において読み込んだ1ワード分のビット配列(Nh=12ビット)の各ビットに対応する処理を終えた場合、S102からS101に戻り、付加情報の次のワードを読み込んでビット配列を作成する処理を行うことになる。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。   The modified sound frame output means 50 sequentially outputs the obtained modified sound frames to an output file. When the processing for the two A-type and B-type sound frames is finished for each channel in this way, the frequency component changing means 30 reads the next 1 bit in the bit array (S102). The above processing is executed over all samples of both channels of the acoustic signal. That is, a predetermined number of samples are read as sound frames, and when there are no more sound frames to be read from the sound signal (S103, S104), the process ends. When the processing corresponding to each bit of the bit arrangement (Nh = 12 bits) for one word read in S101 is completed, the process returns from S102 to S101 to read the next word of the additional information and create a bit arrangement. Processing will be performed. When the processing is completed for all the words of the additional information, the processing returns to the first word of the additional information. As a result, all modified acoustic frames that have been processed for all acoustic frames are recorded in the output file and obtained as modified acoustic signals. The obtained modified acoustic signal is output to and stored in the modified acoustic signal storage unit 63 in the storage unit 60.

なお、本実施形態では、付加情報を1ワード7ビットとし、符号変換テーブルにより12ビットのビット配列に変換して、付加情報1ワード分の処理をする場合について説明したが、本発明では、抽出側と取り決めがある限り、付加情報の1ワードを他のビット数単位で記録することが可能である。   In the present embodiment, the case has been described in which the additional information is converted to 12 bits in the code conversion table by converting the additional information into 7 bits per word, and processing for one word of additional information is performed. As long as there is an agreement with the side, it is possible to record one word of additional information in units of other number of bits.

上記のようにして得られた改変音響信号のうち、付加情報が埋め込まれている部分については、変更対象周波数帯の成分は、1ビット埋め込み方式の場合は、状態1、状態2の2通り、2ビット埋め込み方式の場合は、それぞれのビットについて2通りの計4通りの分布しかないことになる。しかし、変更対象周波数帯の成分以外については、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種々な分布になる。また、上記〔数式11〕の処理からも明らかなように、変更対象周波数帯の成分は、左チャンネルと右チャンネルにおいて同等の割合で変化させられている。したがって、両スピーカと等距離の位置においても、変更対象周波数帯の成分は、相殺されることなく増幅させる関係となり、情報を抽出し易くなる。   Of the modified acoustic signal obtained as described above, for the portion in which the additional information is embedded, the component of the frequency band to be changed has two types of state 1 and state 2 in the case of the 1-bit embedding method, In the case of the 2-bit embedding method, there are only a total of four distributions for each bit. However, since the components other than the component of the frequency band to be changed remain as the original acoustic signals, various distributions are made based on the setting of the producer. Further, as is clear from the processing of [Formula 11], the components of the change target frequency band are changed at the same rate in the left channel and the right channel. Therefore, even at a position equidistant from both speakers, the components in the frequency band to be changed are in a relationship to be amplified without being canceled out, and information can be easily extracted.

以上、埋め込み装置について説明したが、ここで、本実施形態で行っている振幅変換を用いた埋め込みおよび抽出について、図7から図10を用いて説明する。図7および図8は、比較のために、振幅変換を用いない場合の埋め込み処理および抽出処理を示し、図9および図10は本実施形態における振幅変換を用いた埋め込み処理および抽出処理を示す。これらの説明図においては、音響フレーム奇数および偶数3対分について、3ビットの情報を埋め込むことを想定した音響信号の信号波形を示しており、説明の便宜上、音響フレームが互いに重複しない状態で示している。各図において、左端の波形は時間次元の通常の音響信号波形を示しており、横方向は時間軸であり、右に向かうに従って時間が進行し、縦方向は強度(振幅)である。中央または右端の波形は周波数変換後の所定の周波数範囲のスペクトル成分の合算値を信号波形で表現しており、仮想的にバンドパスフィルターを通した後の信号波形になっている。縦方向は同様に強度であり、本来は左端に比べ顕著に低くなるが、ここでは説明の都合上、左端と同程度に拡大して表現している。また、2種類の波形のレベルも本来は差があるが、ここでは同一レベルで表現している。実際には、周波数変換後のデータとして所定の周波数範囲外の高周波数成分や低周波数成分も存在するが、これらについては改変を加えないという前提で図示しておらず、図3に従った埋め込みを行なう2種の周波数帯域成分に限定して2種の信号波形で示している。   The embedding apparatus has been described above. Here, embedding and extraction using amplitude conversion performed in the present embodiment will be described with reference to FIGS. For comparison, FIGS. 7 and 8 show an embedding process and an extraction process when amplitude conversion is not used, and FIGS. 9 and 10 show an embedding process and an extraction process using amplitude conversion in the present embodiment. In these explanatory diagrams, the signal waveform of the acoustic signal assuming that 3-bit information is embedded is shown for the odd and even three pairs of acoustic frames, and the acoustic frames are shown in a state where they do not overlap each other for convenience of explanation. ing. In each figure, the waveform at the left end shows a normal acoustic signal waveform in the time dimension, the horizontal direction is the time axis, the time advances toward the right, and the vertical direction is intensity (amplitude). The waveform at the center or right end represents the sum of spectral components in a predetermined frequency range after frequency conversion as a signal waveform, and is a signal waveform after virtually passing through a bandpass filter. The vertical direction is similarly strong, and is originally significantly lower than the left end, but here, for convenience of explanation, it is enlarged and expressed to the same extent as the left end. Although the levels of the two types of waveforms are originally different, they are represented at the same level here. Actually, there are high-frequency components and low-frequency components outside the predetermined frequency range as the data after frequency conversion, but these are not shown on the assumption that they are not modified, and are embedded according to FIG. The two signal waveforms are limited to the two frequency band components for performing the above.

図7(a)は原音響信号を示しており、最初の1対の音響フレームは全体に渡って強度がほぼ一定、中央の1対の音響フレームは奇数フレームの強度が小さく偶数フレームの強度が大きいものであり、最後の1対の音響フレームは奇数フレームの強度が大きく偶数フレームの強度が小さいものである。このような音響信号に対して、周波数変換を行った結果が図7(b)で、図3で示されように埋め込み対象成分は上下2分割して成分変更を施す都合上、図7(b)では(b−1)および(b−2)の2種の波形に分離して表現した。周波数変換後の波形形状は周波数ごとに異なり、図7(a)と必ずしも相似形にはならないが、ここでは周波数変換前と同様になると仮定して説明する。図7(b−1)および(b−2)に対して、[0,0,0]という3ビットのデータを図3で説明した方法に基づいて埋め込むことにより(図3ではビット0は符号1に相当する)、図7(c−1)および(c−2)が得られる。最初の1対は図3のようなパターンが表現できているが、残り2対の上下一方は、原段階に対して逆方向に大小関係を構築することが要求され、品質維持の都合上、適切なパターンが構築できていないことがわかる。このような改変を加えた結果に対して、周波数逆変換を行った結果が図7(d)である。一般に音響信号波形の外形(エンベロープという)はエネルギー分布が大きい低周波成分で決定され、これらは本願では所定の周波数範囲外の信号成分に含まれ、図7(c)の段階では改変が加えられていないため、周波数逆変換後の図7(d)は周波数変換前の図7(a)と類似した形状になる。   FIG. 7 (a) shows the original sound signal. The first pair of sound frames has a substantially constant intensity throughout, and the center pair of sound frames has a smaller odd frame intensity and an even frame intensity. The last pair of sound frames has a large odd-numbered frame and a small even-numbered frame. FIG. 7B shows the result of frequency conversion performed on such an acoustic signal. As shown in FIG. 3, the embedding target component is divided into upper and lower parts and the components are changed for convenience of FIG. ) Are expressed separately as two waveforms (b-1) and (b-2). The waveform shape after frequency conversion is different for each frequency and is not necessarily similar to that shown in FIG. 7A, but here, it is assumed that it is the same as before frequency conversion. By embedding 3-bit data [0, 0, 0] based on the method described with reference to FIG. 3 with respect to FIGS. 1 (corresponding to 1), FIGS. 7 (c-1) and (c-2) are obtained. The first pair can express a pattern as shown in FIG. 3, but the other two pairs of upper and lower ones are required to construct a magnitude relationship in the opposite direction to the original stage. It turns out that an appropriate pattern has not been constructed. FIG. 7D shows the result of performing frequency inverse transformation on the result of such modification. In general, the external shape (referred to as an envelope) of an acoustic signal waveform is determined by low-frequency components having a large energy distribution, which are included in signal components outside a predetermined frequency range in this application, and are modified in the stage of FIG. 7 (c). Therefore, FIG. 7D after frequency inverse transformation has a shape similar to FIG. 7A before frequency transformation.

このような埋め込みを行なった結果に対して、抽出処理を行う様子を図8に示す。図8(a)および図8(b)は各々図7(d)および図7(c)に対応する。図8(b)において、ビット判定を行なうにあたり、最初の1対以外は図3で想定されているパターンが形成されていないため、正しいビットを判定することが難しくなる。   FIG. 8 shows how extraction processing is performed on the result of such embedding. FIGS. 8A and 8B correspond to FIGS. 7D and 7C, respectively. In FIG. 8B, when performing bit determination, since the pattern assumed in FIG. 3 is not formed except for the first pair, it is difficult to determine a correct bit.

次に、本実施形態における振幅変換を導入した手法について図9および図10を用いて説明する。図9(a)は図7(a)と同じ原音響信号を示しており、同様に周波数変換を行った図9(b)も図7(b)と同じである。ここで、6つのフレーム単位に振幅変換を行った結果が図9(c)である。図9の場合、図9(a)で各フレーム内の振幅が平坦であるため、図9(c)では全体が平坦になっているが、実際には各フレーム内は微細に変動しており、そのフレーム内変動分は図9(c)の段階でも踏襲されるため、本図のように完全に平坦になることは通常ない。(実際は図9(c)は周波数次元のデータになるため、周波数次元のデータも平坦にならず変動した形態になる。)また、変換倍率はフレームごとに設定し、上下2つの周波数成分に対しては同一の倍率で変換を行うため、通常は上下で顕著な差が生じる(ただし、時間軸方向は比較的揃う)。これに対して、[0,0,0]という3ビットのデータを埋め込むと、図9(d−1)および(d−2)が得られる。原段階である図9(c)が平坦な波形であるため、全てのフレームにおいて図3のような理想的なパターンが容易に構築できることがわかる。続いて、前記フレームごとに設定した倍率の逆数を乗じて振幅逆変換を行った結果が図9(e)である。この段階では図7(c)と類似したパターンが生じることが多いが、本形状はいかなるものでも構わない。最後に周波数逆変換を行うと、図9(f)が得られ、同様に原信号波形の図9(a)と類似した形状になる。   Next, a method in which amplitude conversion is introduced in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9A shows the same original sound signal as FIG. 7A, and FIG. 9B in which the frequency conversion is performed in the same manner is also the same as FIG. 7B. Here, FIG. 9C shows the result of amplitude conversion performed in units of six frames. In the case of FIG. 9, since the amplitude in each frame is flat in FIG. 9 (a), the whole is flat in FIG. 9 (c). Since the intra-frame variation is followed even in the stage of FIG. 9C, it does not usually become completely flat as in the figure. (Actually, since FIG. 9C is frequency dimension data, the frequency dimension data is not flat and fluctuates.) Also, the conversion magnification is set for each frame, and the upper and lower two frequency components are set. Since the conversion is performed at the same magnification, there is usually a significant difference between the upper and lower sides (however, the time axis direction is relatively uniform). On the other hand, when 3-bit data [0, 0, 0] is embedded, FIGS. 9D-1 and 9D-2 are obtained. Since FIG. 9C, which is the original stage, has a flat waveform, it can be seen that an ideal pattern as shown in FIG. 3 can be easily constructed in all frames. Subsequently, FIG. 9E shows the result of inverse amplitude transformation performed by multiplying the inverse of the magnification set for each frame. At this stage, a pattern similar to that shown in FIG. 7C is often generated, but any shape may be used. Finally, when frequency inverse transform is performed, FIG. 9F is obtained, and similarly, the shape is similar to that of FIG. 9A of the original signal waveform.

このような埋め込みを行なった結果に対して、抽出処理を行う様子を図10に示す。図10(a)、(b)および(c)は各々図9(f)、(e)および(d)に対応する。図10(b)の周波数変換後の波形形状は図9(b)とは基本的に異なるが、算出される振幅変換倍率は類似した値になり、ほぼ同様な倍率で振幅変換が行われ図10(c)が得られる。図10(c)の段階で、ビット判定を行なうと、全てのフレームにおいて図3のような理想的なパターンが形成されているため、正しいビットを判定することが可能になる。   FIG. 10 shows how extraction processing is performed on the result of such embedding. FIGS. 10 (a), (b) and (c) correspond to FIGS. 9 (f), (e) and (d), respectively. Although the waveform shape after frequency conversion in FIG. 10B is basically different from that in FIG. 9B, the calculated amplitude conversion magnification is a similar value, and the amplitude conversion is performed at substantially the same magnification. 10 (c) is obtained. If bit determination is performed in the stage of FIG. 10C, an ideal pattern as shown in FIG. 3 is formed in all frames, and therefore correct bits can be determined.

以上、振幅変換を導入した本実施形態では、図9(c)に示したように、埋め込み対象の信号成分が時間軸方向に平坦になるように変換を行って埋め込むようにしているため、高周波側と低周波側の成分強度の大小関係が完全に逆になるような不自然な変更を行う確率が低くなり、品質を維持しながら、抽出側における抽出精度を高めることが可能となる。   As described above, in the present embodiment in which the amplitude conversion is introduced, since the signal component to be embedded is converted and embedded so as to be flat in the time axis direction as shown in FIG. The probability of making an unnatural change that completely reverses the magnitude relationship between the component intensity on the low frequency side and the low frequency side is reduced, and the extraction accuracy on the extraction side can be increased while maintaining the quality.

(3.1.抽出装置の構成)
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11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11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、180は変換テーブル作成手段である。
(3.1. Configuration of extraction device)
Next, an apparatus for extracting information from an acoustic signal according to the present invention will be described. FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of an apparatus for extracting information from an acoustic signal according to the present invention. In FIG. 11, 100 is an acoustic signal input means, 110 is a reference frame acquisition means, 120 is a phase change frame setting means, 130 is a frequency conversion means, 140 is a code determination parameter calculation means, 150 is a code output means, and 160 is additional information. Extraction means, 170 is an acoustic frame holding means, and 180 is a conversion table creation means.

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、変更対象周波数帯の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、ステレオで再生されるが、左右どちらのスピーカの音を入力しても、双方のスピーカの音を混合入力しても良く、マイクロフォンの設置位置に制約がない。もちろん、付加情報が埋め込まれた音響信号がモノラル再生される場合、あるいは付加情報が埋め込まれた音響信号自体がモノラルである場合は、再生される単一のスピーカにマイクロフォンを向ければ良い。このマイクロフォン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。基準フレームとしては、埋め込み時と同様にAタイプ、Bタイプのものが設定される。位相変更フレーム設定手段120は、Aタイプ、Bタイプそれぞれの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。   The acoustic signal input unit 100 has a function of acquiring and inputting a flowing sound as a digital acoustic signal. In reality, it is realized by a microphone and an A / D converter. Any microphone can be used, regardless of whether it is monaural omnidirectional or stereo directional, as long as the component in the frequency band to be changed can be detected. Even if it is stereo-directional, only one channel needs to be used. In addition, when information is embedded by the apparatus shown in FIG. 1, the information is reproduced in stereo. However, the sound from either the left or right speaker may be input, or the sound from both speakers may be mixed and input. There is no restriction on the position of the microphone. Of course, when the acoustic signal in which the additional information is embedded is monaurally reproduced, or when the acoustic signal itself in which the additional information is embedded is monaural, the microphone may be directed to the single speaker to be reproduced. This microphone is not highly accurate, and information can be extracted using a microphone with general accuracy. The reference frame acquisition unit 110 has a function of reading an audio frame composed of a predetermined number of samples as a reference frame from the input digital monaural audio signal (or one channel of a stereo audio signal). As the reference frame, A type and B type are set as in the case of embedding. The phase change frame setting means 120 has a function of setting, as a phase change frame, an acoustic frame whose phase has been changed by moving each of the A type and B type reference frames and predetermined samples.

周波数変換手段130は、基本的には、図1に示した周波数変換手段20とほぼ同様の機能を有している。ただし、音を取り込むタイミングが、音響信号の先頭からとはならないため、正しい位相を特定するために、複数の位相で振幅変換、周波数変換を行う点、元の音響信号がステレオであっても、1つのチャンネルで行う点が異なっている。   The frequency conversion unit 130 basically has substantially the same function as the frequency conversion unit 20 shown in FIG. However, since the timing to capture the sound does not start from the beginning of the acoustic signal, in order to identify the correct phase, amplitude conversion and frequency conversion are performed with multiple phases, even if the original acoustic signal is stereo, The difference is that one channel is used.

周波数変換手段130は、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、信号X(i−N/2+pN/6)(i=0,…,N−1)に対して、窓関数W(1,i)を用いて、以下の〔数式14〕に従った処理を行い、変換データの実部A(1,j,p)、虚部B(1,j,p)を得る機能を有している。pは位相番号であり、0〜5の整数値をとる。   When performing the Fourier transform on the A type acoustic frame, the frequency converting unit 130 applies the window function W to the signal X (i−N / 2 + pN / 6) (i = 0,..., N−1). (1, i) is used to perform processing according to the following [Equation 14] to obtain the real part A (1, j, p) and imaginary part B (1, j, p) of the converted data. Have. p is a phase number and takes an integer value of 0 to 5.

〔数式14〕
A(1,j,p)=Σi=0,…,N-1W(1,i)・X(i−N/2+p・N/6)・cos(2πij/N)
B(1,j,p)=Σi=0,…,N-1W(1,i)・X(i−N/2+p・N/6)・sin(2πij/N)
[Formula 14]
A (1, j, p) = Σi = 0,..., N-1 W (1, i) .X (i-N / 2 + p.N / 6) .cos (2πij / N)
B (1, j, p) = Σi = 0,..., N-1 W (1, i) .X (i-N / 2 + p.N / 6) .sin (2πij / N)

周波数変換手段130は、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、信号X(i+p・N/6)(i=0,…,N−1)に対して、窓関数W(2,i)を用いて、以下の〔数式15〕に従った処理を行い、変換データの実部A(2,j,p)、虚部B(2,j,p)を得る機能を有している。   When the Fourier transform is performed on the B type acoustic frame, the frequency converting unit 130 applies the window function W (2) to the signal X (i + p · N / 6) (i = 0,..., N−1). , I) is used to perform processing according to the following [Formula 15] to obtain a real part A (2, j, p) and an imaginary part B (2, j, p) of the converted data. ing.

〔数式15〕
A(2,j,p)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・X(i+p・N/6)・cos(2πij/N)
B(2,j,p)=Σi=0,…,N-1W(2,i)・X(i+p・N/6)・sin(2πij/N)
[Formula 15]
A (2, j, p) = Σ i = 0,..., N-1 W (2, i) · X (i + p · N / 6) · cos (2πij / N)
B (2, j, p) = Σi = 0,..., N-1 W (2, i) .X (i + p.N / 6) .sin (2πij / N)

周波数変換手段130は、周波数変換手段20と同様に振幅変換を行う。振幅変換を行うにあたり、まず変換倍率の算出を行う。変換倍率の算出は、所定周波数範囲のスペクトル集合の実効強度値の平均である平均実効値で、設定値を除算することにより行う。設定値は、適宜定めておくことができるが、埋め込み時における振幅変換の場合と同一値としておくことが必要となる。したがって、本実施形態では、設定値Zoは288(=M−m)にする必要がある。具体的には、Aタイプの音響フレーム、Bタイプの音響フレームについての変換倍率Z(1,p)、Z(2,p)、これらの直前のAタイプの音響フレーム、Bタイプの音響フレームについての変換倍率Z-1(1,p)、Z-1(2,p)は、以下の〔数式16〕に従った処理により算出される。振幅変換が実行されることにより、全ての音響フレームは、元の状態における信号強度に関わらず、各音響フレームの平均実効値が設定値となるように振幅変換された状態で、情報の抽出が行われることになる。なお、pは位相番号であり、0〜5の整数値をとる。 The frequency conversion unit 130 performs amplitude conversion in the same manner as the frequency conversion unit 20. In performing amplitude conversion, first, conversion magnification is calculated. The conversion magnification is calculated by dividing the set value by the average effective value that is the average of the effective intensity values of the spectrum set in the predetermined frequency range. Although the set value can be determined as appropriate, it is necessary to set the same value as in the case of amplitude conversion at the time of embedding. Therefore, in the present embodiment, the set value Zo needs to be 288 (= M−m). Specifically, the conversion magnifications Z (1, p) and Z (2, p) for the A type acoustic frame and the B type acoustic frame, the A type acoustic frame immediately before these, and the B type acoustic frame. The conversion magnifications Z −1 (1, p) and Z −1 (2, p) are calculated by processing according to the following [Equation 16]. By performing the amplitude conversion, all the sound frames are extracted in a state where the amplitude is converted so that the average effective value of each sound frame becomes a set value regardless of the signal strength in the original state. Will be done. In addition, p is a phase number and takes an integer value of 0-5.

〔数式16〕
Z(1,p)=Zo/[Σj=m,…,M-1{A(1,j,p)2+B(1,j,p)2}]1/2
Z(2,p)=Zo/[Σj=m,…,M-1{A(2,j,p)2+B(2,j,p)2}]1/2
-1(1,p)=Zo/[Σj=m,…,M-1{A-1(1,j,p)2+B-1(1,j,p)2}]1/2
-1(2,p)=Zo/[Σj=m,…,M-1{A-1(2,j,p)2+B-1(2,j,p)2}]1/2
[Formula 16]
Z (1, p) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {A (1, j, p) 2 + B (1, j, p) 2 }] 1/2
Z (2, p) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {A (2, j, p) 2 + B (2, j, p) 2 }] 1/2
Z −1 (1, p) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {A −1 (1, j, p) 2 + B −1 (1, j, p) 2 }] 1/2
Z −1 (2, p) = Zo / [Σ j = m,..., M−1 {A −1 (2, j, p) 2 + B −1 (2, j, p) 2 }] 1/2

j=m,…,M−1(周波数F1,...,F2に相当)およびp=0,...,5の範囲で、A(1,j,p)およびB(1,j,p)の各々の要素に対してZ(1,p)を乗じ、A(2,j,p)およびB(2,j,p)の各々の要素に対してZ(2,p)を乗じ、A-1(1,j,p)およびB-1(1,j,p)の各々の要素に対してZ-1(1,p)を乗じ、A-1(2,j,p)およびB-1(2,j,p)の各々の要素に対してZ-1(2,p)を乗じることにより、振幅変換を行う。以下説明において、A(1,j,p)、B(1,j,p)、A(2,j,p)、B(2,j,p)、A-1(1,j,p)、B-1(1,j,p)、A-1(2,j,p)、B-1(2,j,p)はこれらの振幅変換を行った値とする。 j = m,..., M-1 (corresponding to frequencies F1,..., F2) and p = 0,. . . , 5, each element of A (1, j, p) and B (1, j, p) is multiplied by Z (1, p) and A (2, j, p) and B ( 2, j, p) is multiplied by Z (2, p), and for each element of A -1 (1, j, p) and B -1 (1, j, p) Multiply by Z -1 (1, p) and multiply each element of A -1 (2, j, p) and B -1 (2, j, p) by Z -1 (2, p) Thus, amplitude conversion is performed. In the following description, A (1, j, p), B (1, j, p), A (2, j, p), B (2, j, p), A −1 (1, j, p) , B −1 (1, j, p), A −1 (2, j, p), and B −1 (2, j, p) are values obtained by performing these amplitude conversions.

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から所定の周波数範囲に相当するスペクトル集合を抽出し、各スペクトル集合の強度値を算出するとともに、この強度値を利用して符号判定パラメータを算出し、この符号判定パラメータの大小関係に基づいて、所定の状態であると判断する機能を有している。上述のように、本実施形態では、Aタイプの音響フレームとBタイプの音響フレームがN/2サンプルずつ重複して設定されているため、ある音響フレームについて、強度値、符号判定パラメータを算出する際には、直前の音響フレームによる残響成分を考慮する必要がある。ところが、残響成分は計算により算出されるものであるので、必ずしも正確なものが算出されるとは限らず、算出された残響成分を除去することにより、反って抽出精度が低下する場合がある。そこで、本実施形態では、残響成分を除去しない場合の強度値E1、E2、E3、E4、および符号判定パラメータCと、除去した場合の強度値E1´、E2´、E3´、E4´、および補正符号判定パラメータC´を算出し、これらを利用して最適であると思われる状態を判断する。   The code determination parameter calculation unit 140 extracts a spectrum set corresponding to a predetermined frequency range from the generated spectrum, calculates an intensity value of each spectrum set, and calculates a code determination parameter using the intensity value. Based on the magnitude relationship of the code determination parameters, a function for determining a predetermined state is provided. As described above, in the present embodiment, since the A type acoustic frame and the B type acoustic frame are set to overlap each other by N / 2 samples, the intensity value and the code determination parameter are calculated for a certain acoustic frame. In this case, it is necessary to consider the reverberation component due to the immediately preceding acoustic frame. However, since the reverberation component is calculated by calculation, an accurate one is not always calculated, and the extraction accuracy may be lowered by removing the calculated reverberation component. Therefore, in this embodiment, the intensity values E1, E2, E3, E4 and the sign determination parameter C when the reverberation component is not removed, and the intensity values E1 ′, E2 ′, E3 ′, E4 ′ when removed, and A correction code determination parameter C ′ is calculated, and a state that seems to be optimal is determined using these parameters.

Aタイプの音響フレームの各成分A(1,j,p)、B(1,j,p)に対して1フレーム分前のBタイプの音響フレームに対応する各成分をA-1(2,j,p)、B-1(2,j,p)とすると、Bタイプの音響フレームの各成分A(2,j,p)、B(2,j,p)に対応して、1フレーム分前の音響フレームは以下補正を施す前の前記Aタイプの音響フレームとなる。符号判定パラメータ算出手段140は、各スペクトル集合の強度値の算出の前に、まず、各スペクトル集合の基本強度値E(1,j,p)、E(2,j,p)、および残響成分を除去した基本強度値E´(1,j,p)、E´(2,j,p)を、以下の〔数式17〕に従った処理により算出する。 Each component corresponding to the B type acoustic frame one frame before the respective components A (1, j, p) and B (1, j, p) of the A type acoustic frame is represented by A −1 (2, j, p), B −1 (2, j, p), one frame corresponding to each component A (2, j, p), B (2, j, p) of the B type acoustic frame The sound frame before the minute is the A-type sound frame before correction. The code determination parameter calculation unit 140 first calculates the basic intensity values E (1, j, p), E (2, j, p), and reverberation components of each spectrum set before calculating the intensity values of each spectrum set. The basic intensity values E ′ (1, j, p) and E ′ (2, j, p) from which the above is removed are calculated by processing according to the following [Equation 17].

〔数式17〕
E(1,j,p)=A(1,j,p)2+B(1,j,p)2
E(2,j,p)=A(2,j,p)2+B(2,j,p)2
-1(1,j,p)=A-1(1,j,p)2+B-1(1,j,p)2
-1(2,j,p)=A-1(2,j,p)2+B-1(2,j,p)2
E´(1,j,p)=E(1,j,p)−q・E-1(2,j,p)
E´(2,j,p)=E(2,j,p)−q・E(1,j,p)
[Formula 17]
E (1, j, p) = A (1, j, p) 2 + B (1, j, p) 2
E (2, j, p) = A (2, j, p) 2 + B (2, j, p) 2
E −1 (1, j, p) = A −1 (1, j, p) 2 + B −1 (1, j, p) 2
E −1 (2, j, p) = A −1 (2, j, p) 2 + B −1 (2, j, p) 2
E ′ (1, j, p) = E (1, j, p) −q · E −1 (2, j, p)
E ′ (2, j, p) = E (2, j, p) −q · E (1, j, p)

上記〔数式17〕における6つの式のうち、上から5番目(下から2番目)の式は、あるAタイプの音響フレームに着目したときに、その前半のN/2サンプルが重複するBタイプの音響フレームからの残響成分を除去するためのものである。また、上から6番目(下から1番目)の式は、あるBタイプの音響フレームに着目したときに、その前半のN/2サンプルが重複するAタイプの音響フレームからの残響成分を除去するためのものである。E´(1,j,p)≧0、E´(2,j,p)≧0とし、〔数式17〕の上から5番目、6番目の式に従った処理の結果、負の値となった場合には、0に設定する。   Of the six formulas in [Formula 17], the fifth formula from the top (second from the bottom) is the B type in which N / 2 samples in the first half overlap when focusing on a certain type A acoustic frame. This is for removing the reverberation component from the acoustic frame. In addition, the sixth expression from the top (first from the bottom) removes the reverberation component from the A-type sound frame in which the N / 2 samples in the first half overlap when focusing on a certain B-type sound frame. Is for. E ′ (1, j, p) ≧ 0, E ′ (2, j, p) ≧ 0, and as a result of processing according to the fifth and sixth equations from the top of [Equation 17], a negative value is obtained. If this happens, set it to 0.

上記〔数式17〕において、qは残響成分の大きさを示す係数であるが、この係数qは1未満の値を持つものであり、実験の結果、N=4096のときq=0.06、N=2048のときq=0.12、N=1024のときq=0.24、N=512のときq=0.48が最適である。   In the above [Equation 17], q is a coefficient indicating the magnitude of the reverberation component, but this coefficient q has a value less than 1, and as a result of experiment, when N = 4096, q = 0.06, When N = 2048, q = 0.12. When N = 1024, q = 0.24. When N = 512, q = 0.48 is optimal.

そして、残響成分を除去しない場合の各スペクトル集合の強度値E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、除去した場合の強度値E1´、E2´、E3´、E4´、E5´、E6´、E7´、E8´を、算出した基本強度値E(1,j,p)、E(2,j,p)、E´(1,j,p)、E´(2,j,p)を用いて以下の〔数式18〕に基づいて算出する。   Then, the intensity values E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, E8 of each spectrum set when the reverberation component is not removed, and the intensity values E1 ′, E2 ′, E3 ′, E4 ′, E5 when removed. ′, E6 ′, E7 ′, E8 ′ are calculated from the calculated basic intensity values E (1, j, p), E (2, j, p), E ′ (1, j, p), E ′ (2, j, p) is used to calculate based on the following [Equation 18].

〔数式18〕
E1(p)=Σj=m,…,m+G-1E(1,j,p)
E2(p)=Σj=m,…,m+G-1E(2,j,p)
E3(p)=Σj=m+G,…,m+2G-1E(1,j,p)
E4(p)=Σj=m+G,…,m+2G-1E(2,j,p)
E5(p)=Σj=m+2G,…,m+2G+Gu-1E(1,j,p)
E6(p)=Σj=m+2G,…,m+2G+Gu-1E(2,j,p)
E7(p)=Σj=m+2G+Gu,…,m+2G+2Gu-1E(1,j,p)
E8(p)=Σj=m+2G+Gu,…,m+2G+2Gu-1E(2,j,p)
E1´(p)=Σj=m,…,m+G-1E´(1,j,p)
E2´(p)=Σj=m,…,m+G-1E´(2,j,p)
E3´(p)=Σj=m+G,…,m+2G-1E´(1,j,p)
E4´(p)=Σj=m+G,…,m+2G-1E´(2,j,p)
E5´(p)=Σj=m+2G,…,m+2G+Gu-1E´(1,j,p)
E6´(p)=Σj=m+2G,…,m+2G+Gu-1E´(2,j,p)
E7´(p)=Σj=m+2G+Gu,…,m+2G+2Gu-1E´(1,j,p)
E8´(p)=Σj=m+2G+Gu,…,m+2G+2Gu-1E´(2,j,p)
[Formula 18]
E1 (p) = Σ j = m,..., M + G-1 E (1, j, p)
E2 (p) = Σ j = m, ..., m + G-1 E (2, j, p)
E3 (p) = Σ j = m + G,..., M + 2G-1 E (1, j, p)
E4 (p) = Σ j = m + G,..., M + 2G-1 E (2, j, p)
E5 (p) = Σ j = m + 2G,..., M + 2G + Gu-1 E (1, j, p)
E6 (p) = Σ j = m + 2G,..., M + 2G + Gu-1 E (2, j, p)
E7 (p) = Σ j = m + 2G + Gu, ..., m + 2G + 2Gu-1 E (1, j, p)
E8 (p) = Σ j = m + 2G + Gu, ..., m + 2G + 2Gu-1 E (2, j, p)
E1 ′ (p) = Σ j = m,..., M + G-1 E ′ (1, j, p)
E2 ′ (p) = Σ j = m,..., M + G-1 E ′ (2, j, p)
E3 ′ (p) = Σ j = m + G,..., M + 2G-1 E ′ (1, j, p)
E4 ′ (p) = Σ j = m + G,..., M + 2G-1 E ′ (2, j, p)
E5 ′ (p) = Σ j = m + 2G,..., M + 2G + Gu−1 E ′ (1, j, p)
E6 ′ (p) = Σ j = m + 2G,..., M + 2G + Gu−1 E ′ (2, j, p)
E7 ′ (p) = Σ j = m + 2G + Gu,..., M + 2G + 2Gu−1 E ′ (1, j, p)
E8 ′ (p) = Σ j = m + 2G + Gu,..., M + 2G + 2Gu−1 E ′ (2, j, p)

結局〔数式17〕〔数式18〕により、各スペクトル集合の強度値E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8が算出されるとともに、当該各スペクトル集合に対応するタイプの別を問わない直前の音響フレームにおけるスペクトル集合の強度にqを乗じた値を減じることにより強度値E1´、E2´、E3´、E4´、E5´、E6´、E7´、E8´が算出されることになる。   Eventually, the intensity values E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, and E8 of each spectrum set are calculated by [Equation 17] and [Equation 18], and the type corresponding to each spectrum set is determined. Intensity values E1 ′, E2 ′, E3 ′, E4 ′, E5 ′, E6 ′, E7 ′, E8 ′ are calculated by subtracting the value obtained by multiplying the intensity of the spectrum set in the immediately preceding acoustic frame by q. become.

また、符号判定パラメータ算出手段140は、残響成分を除去せずに算出した強度値E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8を用いて、符号判定パラメータCを算出する。1音響フレームに1ビット埋め込む方式の場合、以下の〔数式19〕に従った処理を実行することにより、候補符号Bについて仮判定するとともに、符号判定パラメータCを算出する。   Also, the code determination parameter calculation unit 140 calculates the code determination parameter C using the intensity values E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, and E8 calculated without removing the reverberation component. In the case of a method in which 1 bit is embedded in one acoustic frame, a candidate code B is provisionally determined and a code determination parameter C is calculated by executing processing according to the following [Equation 19].

〔数式19〕
1)E1(p)・E5(p)>E2(p)・E6(p)かつE4(p)・E8(p)>E3(p)・E7(p)の場合
B=0と仮判定、
C=E1(p)・E5(p)・{E4(p)・E8(p)−E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)}/{E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)+E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)}
2)E2(p)・E6(p)>E1(p)・E5(p)かつE3(p)・E7(p)>E4(p)・E8(p)の場合
B=1と仮判定、
C={E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)−E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)}/{E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)+E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)}
3)E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)>E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)の場合
B=0と仮判定、
C={E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)−E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)}/{E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)+E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)}
4)上記1)〜3)以外の場合
B=1と仮判定、
C={E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)−E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)}/{E1(p)・E5(p)・E4(p)・E8(p)+E2(p)・E6(p)・E3(p)・E7(p)}
[Formula 19]
1) In the case of E1 (p) · E5 (p)> E2 (p) · E6 (p) and E4 (p) · E8 (p)> E3 (p) · E7 (p)
C = E1 (p) .E5 (p). {E4 (p) .E8 (p) -E2 (p) .E6 (p) .E3 (p) .E7 (p)} / {E1 (p). E5 (p), E4 (p), E8 (p) + E2 (p), E6 (p), E3 (p), E7 (p)}
2) When E2 (p) · E6 (p)> E1 (p) · E5 (p) and E3 (p) · E7 (p)> E4 (p) · E8 (p)
C = {E2 (p) .E6 (p) .E3 (p) .E7 (p) -E1 (p) .E5 (p) .E4 (p) .E8 (p)} / {E1 (p). E5 (p), E4 (p), E8 (p) + E2 (p), E6 (p), E3 (p), E7 (p)}
3) In the case of E1 (p), E5 (p), E4 (p), E8 (p)> E2 (p), E6 (p), E3 (p), E7 (p)
C = {E1 (p) .E5 (p) .E4 (p) .E8 (p) -E2 (p) .E6 (p) .E3 (p) .E7 (p)} / {E1 (p). E5 (p), E4 (p), E8 (p) + E2 (p), E6 (p), E3 (p), E7 (p)}
4) In cases other than the above 1) to 3) B = 1 and provisional determination,
C = {E2 (p) .E6 (p) .E3 (p) .E7 (p) -E1 (p) .E5 (p) .E4 (p) .E8 (p)} / {E1 (p). E5 (p), E4 (p), E8 (p) + E2 (p), E6 (p), E3 (p), E7 (p)}

また、符号判定パラメータ算出手段140は、残響成分を除去して算出した強度値E1´、E2´、E3´、E4´、E5´、E6´、E7´、E8´を用いて、補正符号判定パラメータC´を算出する。1音響フレームに1ビット埋め込む方式の場合、上記〔数式19〕において、E1(p)〜E8(p)をそれぞれE1´(p)〜E8´(p)に置き換えることにより、候補符号Bに代えて候補符号B´について仮判定するとともに、符号判定パラメータCに代えて補正符号判定パラメータC´を算出する。   In addition, the code determination parameter calculation unit 140 performs correction code determination using the intensity values E1 ′, E2 ′, E3 ′, E4 ′, E5 ′, E6 ′, E7 ′, and E8 ′ calculated by removing the reverberation component. The parameter C ′ is calculated. In the case of a method of embedding 1 bit in one acoustic frame, in the above [Equation 19], by replacing E1 (p) to E8 (p) with E1 ′ (p) to E8 ′ (p), respectively, the candidate code B is substituted. The candidate code B ′ is tentatively determined, and the correction code determination parameter C ′ is calculated instead of the code determination parameter C.

一方、符号判定パラメータ算出手段140は、1音響フレームに2ビット埋め込む方式の場合、2ビットの各ビットについて、それぞれ候補符号をB1、B2、符号判定パラメータをC1、C2とすると、以下の〔数式20〕に従った処理を実行することにより、候補符号B1について仮判定するとともに、符号判定パラメータC1を算出する。   On the other hand, in the case of a method of embedding 2 bits in one acoustic frame, the code determination parameter calculation unit 140 assumes that the candidate codes are B1 and B2 and the code determination parameters are C1 and C2, respectively. 20], the candidate code B1 is provisionally determined and the code determination parameter C1 is calculated.

〔数式20〕
1)E1(p)>E2(p)かつE4(p)>E3(p)の場合
B1=0と仮判定、
C1={E1(p)・E4(p)−E2(p)・E3(p)}/{E1(p)・E4(p)+E2(p)・E3(p)}
2)E2(p)>E1(p)かつE3(p)>E4(p)の場合
B1=1と仮判定、
C1={E2(p)・E3(p)−E1(p)・E4(p)}/{E1(p)・E4(p)+E2(p)・E3(p)}
3)E1(p)・E4(p)>E2(p)・E3(p)の場合
B1=0と仮判定、
C1={E1(p)・E4(p)−E2(p)・E3(p)}/{E1(p)・E4(p)+E2(p)・E3(p)}
4)上記1)〜3)以外の場合
B1=1と仮判定、
C1={E2(p)・E3(p)−E1(p)・E4(p)}/{E1(p)・E4(p)+E2(p)・E3(p)}
[Formula 20]
1) When E1 (p)> E2 (p) and E4 (p)> E3 (p) B1 = 0 and provisional determination
C1 = {E1 (p) · E4 (p) −E2 (p) · E3 (p)} / {E1 (p) · E4 (p) + E2 (p) · E3 (p)}
2) When E2 (p)> E1 (p) and E3 (p)> E4 (p)
C1 = {E2 (p) · E3 (p) −E1 (p) · E4 (p)} / {E1 (p) · E4 (p) + E2 (p) · E3 (p)}
3) In the case of E1 (p) · E4 (p)> E2 (p) · E3 (p) B1 = 0 is temporarily determined,
C1 = {E1 (p) · E4 (p) −E2 (p) · E3 (p)} / {E1 (p) · E4 (p) + E2 (p) · E3 (p)}
4) In cases other than the above 1) to 3) B1 = 1 and provisional determination,
C1 = {E2 (p) · E3 (p) −E1 (p) · E4 (p)} / {E1 (p) · E4 (p) + E2 (p) · E3 (p)}

また、以下の〔数式21〕に従った処理を実行することにより、候補符号B2について仮判定するとともに、符号判定パラメータC2を算出する。   Further, by executing a process according to the following [Equation 21], the candidate code B2 is provisionally determined and the code determination parameter C2 is calculated.

〔数式21〕
1)E5(p)>E6(p)かつE8(p)>E7(p)の場合
B2=0と仮判定、
C2={E5(p)・E8(p)−E6(p)・E7(p)}/{E5(p)・E8(p)+E6(p)・E7(p)}
2)E6(p)>E5(p)かつE7(p)>E8(p)の場合
B2=1と仮判定、
C2={E6(p)・E7(p)−E5(p)・E8(p)}/{E5(p)・E8(p)+E6(p)・E7(p)}
3)E5(p)・E8(p)>E6(p)・E7(p)の場合
B2=0と仮判定、
C2={E5(p)・E8(p)−E6(p)・E7(p)}/{E5(p)・E8(p)+E6(p)・E7(p)}
4)上記1)〜3)以外の場合
B2=1と仮判定、
C2={E6(p)・E7(p)−E5(p)・E8(p)}/{E5(p)・E8(p)+E6(p)・E7(p)}
[Formula 21]
1) When E5 (p)> E6 (p) and E8 (p)> E7 (p) B2 = 0 and provisional determination
C2 = {E5 (p) .E8 (p) -E6 (p) .E7 (p)} / {E5 (p) .E8 (p) + E6 (p) .E7 (p)}
2) When E6 (p)> E5 (p) and E7 (p)> E8 (p)
C2 = {E6 (p) .E7 (p) -E5 (p) .E8 (p)} / {E5 (p) .E8 (p) + E6 (p) .E7 (p)}
3) In the case of E5 (p) · E8 (p)> E6 (p) · E7 (p) B2 = 0 is temporarily determined,
C2 = {E5 (p) .E8 (p) -E6 (p) .E7 (p)} / {E5 (p) .E8 (p) + E6 (p) .E7 (p)}
4) In cases other than the above 1) to 3) B2 = 1 and provisional determination,
C2 = {E6 (p) .E7 (p) -E5 (p) .E8 (p)} / {E5 (p) .E8 (p) + E6 (p) .E7 (p)}

また、符号判定パラメータ算出手段140は、残響成分を除去して算出した強度値E1´、E2´、E3´、E4´、E5´、E6´、E7´、E8´を用いて、補正符号判定パラメータC1´、C2´を算出する。1音響フレームに2ビット埋め込む方式の場合、上記〔数式20〕〔数式21〕において、E1(p)〜E8(p)をそれぞれE1´(p)〜E8´(p)に置き換えることにより、候補符号B1、B2に代えて候補符号B1´、B2´について仮判定するとともに、符号判定パラメータC1、C2に代えて補正符号判定パラメータC1´、C2´を算出する。   In addition, the code determination parameter calculation unit 140 performs correction code determination using the intensity values E1 ′, E2 ′, E3 ′, E4 ′, E5 ′, E6 ′, E7 ′, and E8 ′ calculated by removing the reverberation component. Parameters C1 ′ and C2 ′ are calculated. In the case of the method of embedding 2 bits in one acoustic frame, in the above [Equation 20] and [Equation 21], by replacing E1 (p) to E8 (p) with E1 ′ (p) to E8 ′ (p), respectively, The candidate codes B1 ′ and B2 ′ are provisionally determined instead of the codes B1 and B2, and correction code determination parameters C1 ′ and C2 ′ are calculated instead of the code determination parameters C1 and C2.

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。符号判定パラメータ算出手段140と符号出力手段150により符号化手段が構成される。付加情報抽出手段160は、符号出力手段150により出力された2値の配列をNhビット単位で抽出し、符号逆変換テーブルを参照することにより、Nwビットの登録順位に変換し、さらに所定の規則により変換して意味のある付加情報として抽出する機能を有している。音響フレーム保持手段170は、チャンネルごとのAタイプ、Bタイプそれぞれについて連続する2個の基準フレーム(チャンネルごとに計4個の基準フレーム)を保持可能なバッファメモリである。変換テーブル作成手段180は、図1に示した変換テーブル作成手段80と同様、Nwビットが取り得る2のNw乗個の全ての登録順位に対して、互いにハミング距離が少なくとも4以上となるNh(>Nw)ビットのハミング符号を割り当てることにより、Nwビットの登録順位とNhビットのハミング符号が対応付けられた符号変換テーブルを作成する機能を有している。図11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、携帯電話機等の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。なお、本明細書では、携帯電話機等の携帯型端末装置であっても、演算処理機能を有するものは、コンピュータの一種と考えるものとする。   The code output means 150 determines what is determined to be the optimum phase from the acoustic frames (reference frame and phase change frame) corresponding to one reference frame, and selects a code corresponding to the state of the acoustic frame. It has a function to output. The code determination parameter calculation unit 140 and the code output unit 150 constitute an encoding unit. The additional information extraction unit 160 extracts the binary array output by the code output unit 150 in units of Nh bits, refers to the code inverse conversion table, converts it to the registration rank of Nw bits, and further, a predetermined rule It has a function to extract as additional information having meaning after conversion by the above. The acoustic frame holding means 170 is a buffer memory capable of holding two consecutive reference frames (a total of four reference frames for each channel) for each of the A type and B type for each channel. Similarly to the conversion table creation unit 80 shown in FIG. 1, the conversion table creation unit 180 has Nh (having a Hamming distance of at least 4 or more with respect to all 2 Nw powers of registration ranks that can be taken by Nw bits. > Nw) It has a function of creating a code conversion table in which a registration order of Nw bits and a Nh-bit Hamming code are associated by assigning a Hamming code of Nw bits. Each component shown in FIG. 11 is actually realized by mounting a dedicated program on hardware such as a small computer having an information processing function and its peripheral devices. In particular, in order to more easily achieve the object of the present invention, it is desirable to use a portable terminal device such as a cellular phone as hardware. Note that in this specification, even a portable terminal device such as a cellular phone has an arithmetic processing function as a kind of computer.

(3.2.抽出装置の処理動作)
次に、図11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説明する。抽出装置を起動すると、まず、変換テーブル作成手段180が、符号変換テーブルを作成する。変換テーブル作成手段180による符号変換テーブルの作成は、変換テーブル作成手段80と同様、図4のフローチャートに従った処理により行われ、図5に示したような符号変換テーブルが得られることになる。
(3.2. Processing operation of extraction device)
Next, the processing operation of the apparatus for extracting information from the acoustic signal shown in FIG. 11 will be described. When the extraction device is activated, first, the conversion table creation means 180 creates a code conversion table. The code conversion table is created by the conversion table creating unit 180 in the same manner as the conversion table creating unit 80, and the code conversion table as shown in FIG. 5 is obtained.

続いて、符号変換テーブル作成処理後の、抽出装置の処理動作について説明する。本発明に係る抽出装置は、検査符号によりエラーを検出した際、エラー訂正を行わない設定とすることもできるし、1ビットのエラー訂正をするものと設定することもできる。ここからは、エラー訂正を行わない設定における抽出装置の処理動作を、図12のフローチャートに従って説明する。まず、本装置では、位相判定テーブルS(p)、位相決定ログ、位相確定フラグ、ビットカウンタを初期化する(S200)。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。位相決定ログは、1つの基準フレームと5つの位相変更フレームの組ごとに、決定された位相すなわち位相番号pを記録していくものであり、初期状態では0が設定されている。位相確定フラグは、位相が確定しているかどうかを示すフラグであり、初期状態ではOffに設定されている。ビットカウンタについては初期値として0を設定する。   Next, the processing operation of the extraction device after the code conversion table creation process will be described. The extraction apparatus according to the present invention can be set not to perform error correction when an error is detected by a check code, or can be set to perform 1-bit error correction. From here, the processing operation of the extraction apparatus in a setting in which error correction is not performed will be described according to the flowchart of FIG. First, the apparatus initializes the phase determination table S (p), the phase determination log, the phase determination flag, and the bit counter (S200). The phase determination table S (p) is a table for determining the phase, and p takes an integer value of 0 to 5. The initial value is set to S (p) = 0. The phase determination log records the determined phase, that is, the phase number p for each set of one reference frame and five phase change frames, and 0 is set in the initial state. The phase determination flag is a flag indicating whether or not the phase is fixed, and is set to Off in the initial state. For the bit counter, 0 is set as an initial value.

このように、符号変換テーブルが作成され、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。   In this way, when the code conversion table is created and the initial value is set, if the user wants to know the attribute information such as the song name of the music that is playing, first, the extraction device On the other hand, an activation instruction as an extraction device is given. For example, this can be executed by operating a predetermined button when the extraction device is realized by a mobile terminal such as a mobile phone. When an instruction is input to the extraction device, the acoustic signal input unit 100 records the flowing music, digitizes it, and inputs it as a digital acoustic signal. More specifically, the audio input from the omnidirectional microphone (or one channel of the directional microphone) is digitized by the A / D converter.

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、Aタイプ、Bタイプについての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、Aタイプ、Bタイプについてそれぞれ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、各チャンネルについて、Aタイプ、Bタイプ2個ずつの基準フレーム、すなわち2.5Nサンプル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4個分(連続する10240サンプル)が格納されていることになる。   Subsequently, the reference frame acquisition unit 110 extracts an acoustic frame including a predetermined number of samples from the acoustic signal input from the acoustic signal input unit 100 as a reference frame (S201). Specifically, reference frames for A type and B type are extracted and read into the acoustic frame holding means 170. The number of samples of one acoustic frame read as the reference frame by the reference frame acquisition unit 110 needs to be the same as that set by the acoustic frame reading unit 10 shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, the reference frame acquisition unit 110 sequentially reads 4096 samples for each of the A type and B type as reference frames. The acoustic frame holding unit 170 can store two reference frames of A type and B type for each channel, that is, 2.5N samples. When a new reference frame is read, the old reference frame is discarded. It is supposed to be. Therefore, the sound frame holding means 170 always stores four reference frames (continuous 10240 samples).

抽出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、Aタイプの音響フレームとBタイプの音響フレームが、2048サンプルずつ重複している場合、最初の基準フレームとしてサンプル番号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2049からサンプル番号6144、さらに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6145からサンプル番号10240、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について、位相を特定した後、埋め込まれている情報を判定し、対応する符号を出力する(S202)。出力される情報の形式は、付加情報が埋め込まれる場合に対応する値1、値2の2通りの形式となる。   The acoustic frame processed by the extraction device can be divided into a reference frame that is set adjacently without interruption from the beginning, and a phase change frame in which the phase is changed. As for the reference frame, when the A type sound frame and the B type sound frame overlap each other by 2048 samples, after setting sample number 1 to sample number 4096 as the first reference frame, the next reference frame is Sample number 2049 to sample number 6144, the next reference frame is set without interruption, such as sample number 4097 to sample number 8192, and the next reference frame is set to sample number 6145 to sample number 10240. Then, for each reference frame, five phase change frames moved by 1/6 frame (about 683 samples) are set. For example, for the first reference frame, five phase change frames configured by 4096 samples starting from sample numbers 683, 1366, 2049, 2732, and 3413 are set. Subsequently, the frequency conversion unit 130 and the code determination parameter calculation unit 140 specify the phase of each read sound frame, determine embedded information, and output a corresponding code (S202). The format of the information to be output has two formats of value 1 and value 2 corresponding to the case where the additional information is embedded.

ここで、ステップS202の位相確定および符号判定の詳細を図13のフローチャートに従って説明する。まず、位相確定フラグがOnであるかOffであるかの確認を行う(S301)。位相確定フラグがOnである場合は、位相確定処理(S303〜S309)を行わず、符号判定処理のみを行う(S302)。ただし、初期状態では位相は確定しておらず、位相確定フラグがOffとなっているので、候補符号テーブルB(p)の初期化を行う(S303)。候補符号テーブルB(p)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p=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2値の符号を記録するものである。   Here, details of the phase determination and code determination in step S202 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, it is confirmed whether the phase determination flag is On or Off (S301). When the phase determination flag is On, the phase determination process (S303 to S309) is not performed, and only the code determination process is performed (S302). However, since the phase is not fixed in the initial state and the phase determination flag is Off, the candidate code table B (p) is initialized (S303). Candidate code table B (p) records one reference frame and five phase change frames, a phase number of p = 0 to 5 and a binary code obtained from the states of these six acoustic frames. To do.

続いて、符号判定パラメータ算出手段140は、符号判定処理を行う(S302)。ここで、符号判定処理の詳細を図14に示す。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各窓スペクトルを得る(S401)。具体的には、上記〔数式14〕〔数式15〕に従った処理を実行し、変換データの実部A(1,j,p)、虚部B(1,j,p)、実部A(2,j,p)、虚部B(2,j,p)を得る。   Subsequently, the code determination parameter calculation unit 140 performs a code determination process (S302). Here, the details of the code determination process are shown in FIG. First, the frequency conversion means 130 performs frequency conversion on each read sound frame to obtain each window spectrum (S401). Specifically, the processing according to the above [Equation 14] and [Equation 15] is executed, and the real part A (1, j, p), imaginary part B (1, j, p), real part A of the converted data is executed. (2, j, p) and imaginary part B (2, j, p) are obtained.

S401の処理については、実際には、Aタイプ音響フレームについて周波数変換を行った後、N/2サンプルだけシフトしてBタイプ音響フレームについて周波数変換を行う。これらの変換データA(2,j,p)、B(2,j,p)、A(2,j,p)、B(2,j,p)に対して、上記〔数式16〕に従った処理を実行し、振幅変換を行う(S402)。   Regarding the processing of S401, in practice, after frequency conversion is performed on the A type sound frame, the frequency conversion is performed on the B type sound frame after being shifted by N / 2 samples. For these conversion data A (2, j, p), B (2, j, p), A (2, j, p), B (2, j, p), the above [Expression 16] is followed. The process is executed to perform amplitude conversion (S402).

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で表現されたフレーム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、符号判定パラメータC、C´を上述のようにして算出した後、符号判定パラメータC、C´を用いて、変更対象周波数帯の成分の状態がどのような状態であるか、すなわち、1ビットの値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(S403)。具体的には、上記〔数式17〕〜〔数式19〕に従った処理を実行して、符号判定パラメータC、C´を算出する。そして、この両者を比較して、C>C´であれば候補符号Bを候補符号テーブルB(p)に設定し、C≦C´であれば候補符号B´を候補符号テーブルB(p)に出力する。   By the processing in the frequency conversion means 130, a frame spectrum expressed by a spectrum that is a component corresponding to the frequency is obtained. Subsequently, after the code determination parameter calculation unit 140 calculates the code determination parameters C and C ′ as described above, the code determination parameters C and C ′ are used to determine the state of the component of the change target frequency band. In other words, a process of determining what value is embedded as a 1-bit value is performed (S403). Specifically, the code determination parameters C and C ′ are calculated by executing the processing according to the above [Equation 17] to [Equation 19]. Then, comparing these two, if C> C ′, the candidate code B is set in the candidate code table B (p), and if C ≦ C ′, the candidate code B ′ is set in the candidate code table B (p). Output to.

S403の具体的な処理手順としては、まず、上記〔数式17〕の1番目の式と2番目の式を利用して基本強度値E(1,j,p)、E(2,j,p)を算出した後、上記〔数式18〕の1番目から4番目までの式を利用してE1(p)、E2(p)、E3(p)、E4(p)を算出し、上記〔数式19〕に従って候補符号Bおよび符号判定パラメータCを算出する処理を行う。続いて、上記〔数式17〕の3番目から6番目までの式を利用して、残響補正処理を行って基本強度値E´(1,j,p)、E´(2,j,p)を算出する。そして、上記〔数式18〕の5番目から8番目までの式を利用してE1´(p)、E2´(p)、E3´(p)、E4´(p)を算出し、上記〔数式19〕に従って候補符号B´および補正符号判定パラメータC´を算出する処理を行う。   As a specific processing procedure of S403, first, the basic intensity values E (1, j, p), E (2, j, p) are used by using the first and second expressions of [Expression 17]. ), E1 (p), E2 (p), E3 (p), E4 (p) are calculated using the first to fourth formulas of [Formula 18]. 19], the candidate code B and the code determination parameter C are calculated. Subsequently, reverberation correction processing is performed using the third to sixth expressions of [Expression 17] to obtain basic intensity values E ′ (1, j, p), E ′ (2, j, p). Is calculated. Then, E1 ′ (p), E2 ′ (p), E3 ′ (p), and E4 ′ (p) are calculated using the fifth to eighth formulas of [Formula 18]. 19] to calculate the candidate code B ′ and the correction code determination parameter C ′.

1音響フレームに2ビットが埋め込まれている場合は、S403において、符号判定パラメータ算出手段140は、符号判定パラメータC1、C2、C1´、C2´を上述のようにして算出した後、符号判定パラメータC1、C2、C1´、C2´を用いて、変更対象周波数帯の成分の状態がどのような状態であるか、すなわち、2ビットの値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。具体的には、上記〔数式17〕〔数式18〕〔数式20〕〔数式21〕に従った処理を実行して、符号判定パラメータC1、C2、C1´、C2´を算出する。そして、C1+C2>C1´+C2´であれば候補符号B1、B2を候補符号テーブルB(p)に設定し、C1+C2≦C1´+C2´であれば候補符号B1´、B2´を候補符号テーブルB(p)に出力する。   If 2 bits are embedded in one acoustic frame, in S403, the code determination parameter calculation unit 140 calculates the code determination parameters C1, C2, C1 ′, and C2 ′ as described above, and then determines the code determination parameter. Processing to determine what state of the component of the frequency band to be changed is, that is, what value is embedded as a 2-bit value using C1, C2, C1 ′, and C2 ′ I do. Specifically, processing according to the above [Equation 17], [Equation 18], [Equation 20] and [Equation 21] is executed to calculate the code determination parameters C1, C2, C1 ′ and C2 ′. If C1 + C2> C1 ′ + C2 ′, the candidate codes B1 and B2 are set in the candidate code table B (p), and if C1 + C2 ≦ C1 ′ + C2 ′, the candidate codes B1 ′ and B2 ′ are set in the candidate code table B ( p).

また、上記判定の結果、位相pにおける候補符号テーブルB(p)に値1、値2のいずれかを出力した場合には、さらに、以下の〔数式22〕に従って位相判定テーブルS(p)の更新を行う(S404)。   Further, as a result of the above determination, when either value 1 or value 2 is output to the candidate code table B (p) in the phase p, the phase determination table S (p) Update is performed (S404).

〔数式22〕
C>C´である場合、S(p)←S(p)+C
C≦C´である場合、S(p)←S(p)+C´
[Formula 22]
When C> C ′, S (p) ← S (p) + C
When C ≦ C ′, S (p) ← S (p) + C ′

1音響フレームに2ビットが埋め込まれている場合は、判定の結果、位相pにおける候補符号テーブルB(p)に2ビットに対応する値を出力した場合には、S404において、以下の〔数式23〕に従って位相判定テーブルS(p)の更新を行う。   When 2 bits are embedded in one acoustic frame, if a value corresponding to 2 bits is output to the candidate code table B (p) in the phase p as a result of the determination, in S404, the following [Equation 23 ], The phase determination table S (p) is updated.

〔数式23〕
C1+C2>C1´+C2´である場合、S(p)←S(p)+C1+C2
C1+C2≦C1´+C2´である場合、S(p)←S(p)+C1´+C2´
[Formula 23]
When C1 + C2> C1 ′ + C2 ′, S (p) ← S (p) + C1 + C2
When C1 + C2 ≦ C1 ′ + C2 ′, S (p) ← S (p) + C1 ′ + C2 ′

ここで、図13のフローチャートに戻って、符号判定パラメータ算出手段140は、候補符号テーブルB(p)に、位相pにおいて符号判定処理(S302)で仮決定された符号を保存する(S304)。   Returning to the flowchart of FIG. 13, the code determination parameter calculation unit 140 stores the code temporarily determined in the code determination process (S302) in the phase p in the candidate code table B (p) (S304).

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(S305)。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、S302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、位相判定テーブルS(p)の値が最大となる位相番号pmaxに対応する位相が最適位相であると判定し、候補符号テーブルB(p)に記録されている符号B(pmax)を出力する(S306)。   Subsequently, it is determined whether or not the processing corresponding to all the phase numbers p has been completed (S305). This determines whether all phase change frames have been processed for a certain reference frame. In this embodiment, since p takes a value from 0 to 5, if the processing is not performed six times, an acoustic frame having a different phase is set by shifting a predetermined number of samples from the acoustic frame being processed. Return and repeat the process. The case where p = 0 is a reference frame, and the case where p = 1 to 5 is a phase change frame. When the processing corresponding to all the phase numbers p is completed, it is determined that the phase corresponding to the phase number pmax having the maximum value in the phase determination table S (p) is the optimum phase, and the candidate code table B (p The code B (pmax) recorded in () is output (S306).

続いて、位相決定ログの更新を行う(S307)。位相決定ログとは、1つの基準フレームと5つの位相変更フレームの組ごとに、決定された位相すなわち位相番号pを記録するものである。そして、位相決定ログを参照して、位相が過去所定回数同一であったかどうかを判断する(S308)。本実施形態では、この回数を10回としている。位相が過去所定回数同一であった場合には、位相確定フラグをOnに設定する(S309)。これにより、同一位相が所定回数続いた場合には、最適位相はpmaxとなる可能性が高いため、位相確定処理(S303〜S309)を行わず、位相番号p=pmaxに対してのみ符号判定処理(S302)を行うことになる。   Subsequently, the phase determination log is updated (S307). The phase determination log records the determined phase, that is, the phase number p for each set of one reference frame and five phase change frames. Then, referring to the phase determination log, it is determined whether or not the phase has been the same a predetermined number of times in the past (S308). In the present embodiment, this number is 10 times. If the phase has been the same a predetermined number of times in the past, the phase determination flag is set to On (S309). As a result, when the same phase continues for a predetermined number of times, the optimum phase is likely to be pmax. Therefore, the phase determination process (S303 to S309) is not performed, and the code determination process is performed only for the phase number p = pmax. (S302) is performed.

再び図12のフローチャートに戻って説明する。位相確定および符号出力が行なわれたら、出力された符号の値に対応する1ビットをバッファに保存する(S203)。次に、ビットカウンタを“1”だけカウントアップする(S204)。   Returning to the flowchart of FIG. When the phase is determined and the code is output, 1 bit corresponding to the output code value is stored in the buffer (S203). Next, the bit counter is incremented by “1” (S204).

次に、ビットカウンタが11以下であるか12以上であるかを判断する(S205)。ビットカウンタが11以下の場合は、S201に戻って、次のAタイプ、Bタイプの基準フレームを抽出する処理を行う。   Next, it is determined whether the bit counter is 11 or less or 12 or more (S205). If the bit counter is 11 or less, the process returns to S201 to perform processing for extracting the next A type and B type reference frames.

ビットカウンタが12以上である場合は、バッファに保存された12ビットのビット配列のデコードを行う(S206)。このデコード処理の詳細を、図15のフローチャートに従って説明する。   If the bit counter is 12 or more, the 12-bit bit array stored in the buffer is decoded (S206). Details of the decoding process will be described with reference to the flowchart of FIG.

付加情報抽出手段160は、まず、初期化処理を行う(S701)。具体的には、7ビット符号KFおよび最小ハミング距離HDを定義するとともに、KF=0およびHD=2として初期化する処理を行う。続いて、i=0に初期設定する(S702)。次に、バッファに保存された12ビットのビット配列を12ビット符号HFとし、符号変換テーブルのi番目に対応する12ビット符号とのハミング距離hdを算出し、hd<HDの場合、KF=i、HD=hdに更新する(S703)。そして、iの値を1加算して(S704)、iの値が128未満である場合には、S703の処理を繰り返し行う。付加情報抽出手段160は、図5に示した符号変換テーブルに記録された128個のハミング符号全てについて、ハミング距離hdを算出し、最小ハミング距離HD、およびハミング距離が最小となる場合の7ビット基準符号KFを得る。   The additional information extraction unit 160 first performs initialization processing (S701). Specifically, a 7-bit code KF and a minimum hamming distance HD are defined, and a process for initializing KF = 0 and HD = 2 is performed. Subsequently, i = 0 is initially set (S702). Next, a 12-bit bit array stored in the buffer is set to a 12-bit code HF, and a Hamming distance hd with a 12-bit code corresponding to the i-th code conversion table is calculated. If hd <HD, KF = i , HD is updated to hd (S703). Then, the value of i is incremented by 1 (S704), and if the value of i is less than 128, the process of S703 is repeated. The additional information extraction unit 160 calculates the hamming distance hd for all 128 hamming codes recorded in the code conversion table shown in FIG. 5, and the 7 bits for the minimum hamming distance HD and the minimum hamming distance. A reference code KF is obtained.

最小ハミング距離HDが得られたら、図12に戻って、得られた最小ハミング距離HDが0か、1以上かを判断する(S207)。S207において最小ハミング距離が1以上と判断された場合は、S201に戻って、次の基準フレームを抽出する処理を行う。   If the minimum hamming distance HD is obtained, the process returns to FIG. 12 to determine whether the obtained minimum hamming distance HD is 0 or 1 or more (S207). If it is determined in S207 that the minimum Hamming distance is 1 or more, the process returns to S201 to perform processing for extracting the next reference frame.

S207において最小ハミング距離が0と判断された場合は、付加情報抽出手段160が、図15の処理により得られた7ビット基準符号KFに1ビット付加して出力する(S208)。S207において最小ハミング距離が0であった場合は、バッファ中の先頭の1ビット目が、付加情報内のワードの1ビット目であった可能性が高いことになる。このため、その先頭からの7ビットにビット“0”を付加することによりASCIIコードにおける1ワードとして出力するのである。ハミング距離が1以上の場合は、照合に用いた12ビットが、付加情報内のワードとずれている可能性が高いことになる。この場合は、先頭の1ビットを破棄して、S201からS204の処理により新たな1ビットを得るための処理を行う。   If it is determined in S207 that the minimum Hamming distance is 0, the additional information extracting means 160 adds 1 bit to the 7-bit reference code KF obtained by the processing of FIG. 15 and outputs it (S208). If the minimum Hamming distance is 0 in S207, there is a high possibility that the first bit in the buffer is the first bit of the word in the additional information. Therefore, by adding bit “0” to the 7 bits from the head, it is output as one word in the ASCII code. When the Hamming distance is 1 or more, there is a high possibility that the 12 bits used for collation are shifted from the word in the additional information. In this case, the first 1 bit is discarded, and processing for obtaining a new 1 bit is performed by the processing from S201 to S204.

最小ハミング距離が0と判断された場合は、その部分がワードの区切りである可能性が高いので、それが本当に区切りであれば、以降は12ビットずつ抽出すれば、全て正確にワード単位で抽出を行うことができる。逆に、最小ハミング距離が0と判断されたとしても、それが偶然であり、実はワードの区切りではない場合も考えられる。このような場合は、次の検査の際に不適合となる可能性が高く、何回か繰り返しているうちに正しい区切りが正確に判断できることになる。S208において、7ビット基準符号KFに1ビット付加して出力した場合には、ビットカウンタを0に初期化する(S209)。そして、S201に戻って、次の基準フレームを抽出する処理を行う。   If the minimum hamming distance is determined to be 0, there is a high possibility that the portion is a word delimiter, so if it is really a delimiter, then, if it is extracted 12 bits at a time, all are accurately extracted in word units. It can be performed. On the other hand, even if the minimum hamming distance is determined to be 0, it is a coincidence and may not be a word break. In such a case, there is a high possibility of nonconformity at the next inspection, and the correct division can be accurately determined after repeating several times. In S208, when 1 bit is added to the 7-bit reference code KF and output, the bit counter is initialized to 0 (S209). Then, the process returns to S201 to perform processing for extracting the next reference frame.

図12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。   By executing the process shown in FIG. 12 for each reference frame, additional information is extracted. If it is determined in S201 that all reference frames have been extracted, the process ends.

上記S208の処理において、付加情報抽出手段160は、まず、符号出力手段150により出力された値を、所定の規則により変換して意味のある付加情報として抽出する。所定の規則としては、情報を埋め込む者が意図した情報が受け取った者に認識可能な状態にすることができるものであれば、さまざまな規則が採用できるが、本実施形態では、ASCIIコードを採用している。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から得られるビット値の配列を1バイト(8ビット)単位で認識し、これをASCIIコード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。   In the process of S208, the additional information extraction unit 160 first converts the value output by the code output unit 150 according to a predetermined rule and extracts it as meaningful additional information. As the predetermined rule, various rules can be adopted as long as the information intended by the person who embeds the information can be recognized by the recipient, but in this embodiment, the ASCII code is adopted. is doing. That is, the additional information extraction unit 160 recognizes the bit value array obtained from the code determined by the code determination parameter calculation unit 140 and output from the code output unit 150 in units of 1 byte (8 bits), and recognizes this as ASCII. Recognizes character information according to the code. The character information thus obtained is displayed and output on a screen of a display device (not shown).

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。   Therefore, if the embedding device embeds the attribute information such as the song title or artist in the sound signal as the character information, the user wants to know the song title or artist by listening to the music being played. If a predetermined operation is performed on the mobile terminal that functions as the extraction device, attribute information such as a song title and an artist is displayed as character information on the screen of the mobile terminal.

上記の例では、図12のフローチャートに従ってエラー訂正を行わない設定における抽出装置の処理動作を説明した。エラー訂正を行わない場合は、エラーが生じない場合にのみ、付加情報1ワードの出力が可能となる。   In the above example, the processing operation of the extraction apparatus in a setting in which error correction is not performed has been described according to the flowchart of FIG. When error correction is not performed, it is possible to output one word of additional information only when no error occurs.

次に、1ビットのエラー訂正をする設定における抽出装置の処理動作を、図16のフローチャートに従って説明する。図16においては、図12と同一処理を行う部分が含まれている。そこで、図12と同一処理を行う部分については、同一符号を付して説明を省略する。図16の例においても、まず、初期化処理を行う(S200)。この初期化処理では、図12の例と同様、位相判定テーブルS(p)、位相決定ログ、位相確定フラグ、ビットカウンタを初期化するが、さらに、自動訂正モードをOFFにする設定を行う。   Next, the processing operation of the extraction apparatus in a setting for performing 1-bit error correction will be described with reference to the flowchart of FIG. 16 includes a portion that performs the same processing as in FIG. Therefore, portions that perform the same processing as in FIG. Also in the example of FIG. 16, first, initialization processing is performed (S200). In this initialization process, as in the example of FIG. 12, the phase determination table S (p), the phase determination log, the phase determination flag, and the bit counter are initialized, and further, the automatic correction mode is set to OFF.

続いて、図12と同様、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した後(S201)、読み込んだ各音響フレームについて、位相を特定した後、埋め込まれている情報を判定し、対応する符号を出力する(S202)。なお、S202の処理については、図13、図14に示したようなものとなる。   Subsequently, as in FIG. 12, after extracting an acoustic frame composed of a predetermined number of samples as a reference frame (S201), after identifying the phase of each read acoustic frame, the embedded information is determined. The corresponding code is output (S202). Note that the processing of S202 is as shown in FIGS.

位相確定および符号出力が行なわれたら、出力された符号の値に対応する1ビットをバッファに保存して(S203)、ビットカウンタを“1”だけカウントアップする(S204)。そして、ビットカウンタが11以下であるか12以上であるかを判断し(S205)、ビットカウンタが11以下の場合は、S201に戻って、次の基準フレームを抽出する処理を行う。   When the phase is determined and the code is output, 1 bit corresponding to the output code value is stored in the buffer (S203), and the bit counter is incremented by "1" (S204). Then, it is determined whether the bit counter is 11 or less or 12 or more (S205). If the bit counter is 11 or less, the process returns to S201 to perform processing for extracting the next reference frame.

ビットカウンタが12以上である場合は、バッファに保存された12ビットのビット配列のデコードを行う(S206)。続いて、得られたハミング距離が0か1以上かを判断する(S207)。S207においてハミング距離が0と判断された場合は、S208におけるビット列の出力処理の直前に、自動訂正モードをONに設定する処理を行う(S210)。   If the bit counter is 12 or more, the 12-bit bit array stored in the buffer is decoded (S206). Subsequently, it is determined whether the obtained Hamming distance is 0 or 1 or more (S207). If it is determined in S207 that the hamming distance is 0, immediately before the bit string output processing in S208, processing for setting the automatic correction mode to ON is performed (S210).

S207においてハミング距離が1以上と判断された場合は、さらにハミング距離が1か2以上かを判断する(S211)。判断の結果、ハミング距離が2以上と判断された場合には、自動設定モードをOFFに設定する処理を行った後(S212)、S201に戻って、次の基準フレームを抽出する処理を行う。   If it is determined in S207 that the Hamming distance is 1 or more, it is further determined whether the Hamming distance is 1 or 2 (S211). As a result of the determination, when it is determined that the Hamming distance is 2 or more, after performing the process of setting the automatic setting mode to OFF (S212), the process returns to S201, and the process of extracting the next reference frame is performed.

S211における判断の結果、ハミング距離が1と判断された場合には、自動訂正モードがONであるかOFFであるかの確認を行う(S213)。自動訂正モードがOFFである場合は、S201に戻って、次の基準フレームを抽出する処理を行う。   If the hamming distance is determined to be 1 as a result of the determination in S211, it is confirmed whether the automatic correction mode is ON or OFF (S213). If the automatic correction mode is OFF, the process returns to S201 to perform processing for extracting the next reference frame.

自動訂正モードがONである場合は、付加情報抽出手段160が、図15の処理により得られた7ビット基準符号KFに1ビット付加して出力する(S208)。そして、ビットカウンタを0に初期化する(S209)。   When the automatic correction mode is ON, the additional information extraction unit 160 adds 1 bit to the 7-bit reference code KF obtained by the processing of FIG. 15 and outputs it (S208). Then, the bit counter is initialized to 0 (S209).

図16の例のように、1ビットのエラー訂正をする設定の場合は、1ビットのエラーが生じた場合であっても、付加情報1ワードの出力が可能となる。   As shown in the example of FIG. 16, in the case of setting for 1-bit error correction, it is possible to output 1 word of additional information even when a 1-bit error occurs.

(3.3.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。なお、図13のフローチャートを用いて説明したように、本実施形態では、同一位相が所定回数連続した場合には、それ以降はその位相を確定したものとして処理を行う。
(3.3. About phase correction processing)
As described above, at the time of extraction, it is not always possible to read an acoustic signal corresponding to the acoustic frame embedded at the time of embedding. Therefore, the phase of the acoustic frame is shifted and read in a plurality of ways (six in this embodiment), the optimum phase is determined, and a code corresponding to the acoustic frame specified by the phase is output. Yes. For example, in the case of reading in six ways, the top acoustic frame is originally a sample of sample numbers 1 to 4096, but six pieces composed of 4096 samples starting from sample numbers 1, 683, 1366, 2049, 2732, and 3413 Are processed, and a code corresponding to the optimum acoustic frame is output. As described with reference to the flowchart of FIG. 13, in the present embodiment, when the same phase continues for a predetermined number of times, the processing is performed after that phase is determined.

(4.ビット配列のビット数Nh、ハミング距離を変更した場合)
上記実施形態では、ビット配列作成の際、作成されるビット配列は、12ビット(Nhビット)でハミング距離が4となるようにしたが、ビット配列のビット数Nh、およびハミング距離は、適宜変更することが可能である。一般に、ビット配列のビット数Nhを大きくすれば、符号化効率は悪くなるが、訂正可能な誤りビット数は増えることになる。したがって、マイクロフォンの感度や演算処理能力が比較的高い抽出装置を用いる場合には、ビット数、ハミング距離が小さいビット配列を作成するようにし、マイクロフォンの感度や演算処理能力が比較的低い抽出装置を用いる場合には、ビット数、ハミング距離が大きいビット配列を作成するようにする。
(4. When the number of bits in the bit array is Nh and the Hamming distance is changed)
In the above embodiment, when the bit array is created, the created bit array is 12 bits (Nh bits) and the Hamming distance is 4. However, the bit number Nh of the bit array and the Hamming distance are appropriately changed. Is possible. In general, if the bit number Nh of the bit array is increased, the coding efficiency is deteriorated, but the number of error bits that can be corrected is increased. Therefore, when using an extraction device with a relatively high microphone sensitivity and arithmetic processing capability, a bit array with a small number of bits and a hamming distance is created, and an extraction device with a relatively low microphone sensitivity and arithmetic processing capability is used. When used, a bit array having a large number of bits and a hamming distance is created.

ここでは、ビット配列のビット数Nhを16、ハミング距離を6とした場合の例について説明する。ビット配列のビット数を16、ハミング距離を6とした場合も、変換テーブル作成手段80による符号変換テーブル作成は、基本的には、図4に示したフローチャートに従って行われる。ただし、HFが16ビット符号である点、S603において16ビット符号HFと符号変換テーブルに既に登録されている他の16ビット符号とのハミング距離を算出した後、S604、S605のいずれに進むかの閾値が、ハミング距離が6未満か、6以上かで決まる点が、ビット数Nh=12、ハミング距離4の場合と異なっている。   Here, an example in which the number of bits Nh in the bit array is 16 and the Hamming distance is 6 will be described. Even when the number of bits in the bit array is 16 and the Hamming distance is 6, the code conversion table creation by the conversion table creation means 80 is basically performed according to the flowchart shown in FIG. However, HF is a 16-bit code, and after calculating the Hamming distance between the 16-bit code HF and another 16-bit code already registered in the code conversion table in S603, whether to proceed to S604 or S605 The threshold is determined by whether the Hamming distance is less than 6 or more than 6 and is different from the case of the number of bits Nh = 12, and the Hamming distance 4.

このようにして作成された符号変換テーブルを図17に示す。図17に示すように、符号変換テーブルには、7ビット符号が取り得る各値0〜127について、16ビット符号が対応付けて登録されている。16ビット符号の2進表記を見るとわかるように、全ての16ビット符号は互いにハミング距離が6以上となっている。なお、図17の例では、説明の便宜上、7ビット符号の10進表記と、16ビット符号の10進表記及び2進表記を示しているが、現実には、7ビット符号のビット列と16ビット符号のビット列が対応付けて登録されている。   The code conversion table created in this way is shown in FIG. As shown in FIG. 17, in the code conversion table, 16-bit codes are registered in association with values 0 to 127 that can be taken by the 7-bit code. As can be seen from the binary representation of the 16-bit code, all the 16-bit codes have a Hamming distance of 6 or more. In the example of FIG. 17, for convenience of explanation, a decimal representation of a 7-bit code and a decimal representation and a binary representation of a 16-bit code are shown. Code bit strings are registered in association with each other.

符号変換テーブル作成処理後は、図6のフローチャートに従って埋め込み処理が行われる。この際、1ワードとして、16ビット分の処理が行われることになる。   After the code conversion table creation process, the embedding process is performed according to the flowchart of FIG. At this time, processing for 16 bits is performed as one word.

抽出時には、変換テーブル作成手段180が、最初に、符号変換テーブルを作成する。符号変換テーブルが作成された後は、図12〜図16に従った処理により、付加情報が抽出されることになる。16ビット符号を扱う場合、図12、図16におけるS205においては、ビットカウンタが15以下か16以上かで判断を行うことになる。また、図15のS701においては、最小ハミング距離HD=3として初期化し、S703においては、HFが16ビット符号として定義される。また、図16のS212に進むのは、最小ハミング距離が3以上の場合となる。   At the time of extraction, the conversion table creation means 180 first creates a code conversion table. After the code conversion table is created, additional information is extracted by the processing according to FIGS. When handling a 16-bit code, in S205 in FIGS. 12 and 16, the determination is made based on whether the bit counter is 15 or less or 16 or more. Also, in S701 of FIG. 15, initialization is performed with the minimum hamming distance HD = 3, and in S703, HF is defined as a 16-bit code. Further, the process proceeds to S212 in FIG. 16 when the minimum Hamming distance is 3 or more.

(5.信号成分が小さい場合にさらに確実に情報の埋め込みを行う手法)
ここまでの説明のように、本発明では、元の信号成分に無音に近い部分があっても、情報の埋め込みを可能とするものである。このままでも、もちろん十分であるが、本発明においては、より確実に情報を埋め込むような処理を付加することも可能である。具体的には、周波数変換を行う前に、音響信号に聴取困難な微弱な白色ノイズを重畳させる。
(5. Method of embedding information more reliably when the signal component is small)
As described so far, according to the present invention, information can be embedded even if the original signal component has a portion close to silence. Of course, this is sufficient, but in the present invention, it is possible to add a process for embedding information more reliably. Specifically, before performing the frequency conversion, weak white noise that is difficult to hear is superimposed on the acoustic signal.

この場合、図1に示した音響フレーム読込手段10は、所定数のサンプルを1音響フレームとして読み込んだ後、所定の振幅範囲で所定サンプル数単位で同一値を加算または減算する機能を有している。本実施形態では、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、−32〜+32の振幅範囲(Xl(i)、Xr(i)のとり得る値が−32768〜+32767の場合)で一様乱数Hを発生させ、K(本実施形態ではK=5)個のサンプル間は同一値Hを用いて以下の〔数式24〕に示すような処理を実行し、Xl(i)、Xr(i)の値を更新する。   In this case, the acoustic frame reading means 10 shown in FIG. 1 has a function of adding or subtracting the same value in units of a predetermined number of samples within a predetermined amplitude range after reading a predetermined number of samples as one acoustic frame. Yes. In this embodiment, with respect to the left channel signal Xl (i) and the right channel signal Xr (i) (i = 0,..., N−1), an amplitude range of −32 to +32 (Xl (i), Xr ( i) is a value between −32768 to +32767) and a uniform random number H is generated, and the same value H is used between K (K = 5 in the present embodiment) samples as shown in the following [Equation 24]. The processing as shown in FIG. 5 is executed to update the values of Xl (i) and Xr (i).

〔数式24〕
Xl(i)←Xl(i)+H
Xr(i)←Xr(i)−H
[Formula 24]
Xl (i) ← Xl (i) + H
Xr (i) ← Xr (i) -H

すなわち、上記〔数式24〕に従った処理をNサンプルに渡って実行することにより、1つの音響フレームに白色ノイズが発生されることになる。この白色ノイズの発生処理は、図6のフローチャートにおいては、S103、S104の音響フレーム抽出処理の直後に行われることになる。   That is, white noise is generated in one acoustic frame by executing the processing according to the above [Equation 24] over N samples. This white noise generation process is performed immediately after the acoustic frame extraction process of S103 and S104 in the flowchart of FIG.

上記のように、白色ノイズを発生させた場合であっても、抽出側の、音響信号からの情報の抽出装置の構成は図11と同一であり、処理動作は図12〜図16のフローチャートに従ったものと同一である。   As described above, even when white noise is generated, the configuration of the extraction device for extracting information from the acoustic signal on the extraction side is the same as that of FIG. 11, and the processing operation is shown in the flowcharts of FIGS. It is the same as followed.

(6.抽出時に符号逆変換テーブルを作成する場合)
上記実施形態では、抽出装置は、バッファにNh(12又は16)ビットが保存された状態で、図15に示した処理を実行することにより、対応する7ビットの基準符号KFを得るようにしたが、この場合、1ワード単位で図15に示した処理を実行することになるため、処理負荷が大きくなる。このような処理負荷を小さくするためには、得られたNhビットを、Nwビットに変換するための符号逆変換テーブルを作成しておくことが望ましい。ここでは、このような符号逆変換テーブルを利用する場合について説明する。
(6. When creating a sign reverse conversion table during extraction)
In the above embodiment, the extraction device obtains the corresponding 7-bit reference code KF by executing the processing shown in FIG. 15 with Nh (12 or 16) bits stored in the buffer. However, in this case, since the processing shown in FIG. 15 is executed in units of one word, the processing load increases. In order to reduce such a processing load, it is desirable to create a code reverse conversion table for converting the obtained Nh bits into Nw bits. Here, a case where such a code reverse conversion table is used will be described.

この場合、抽出装置の変換テーブル作成手段180は、変換テーブル作成手段80の機能に加え、符号逆変換テーブルを作成する機能を備えるとともに、付加情報抽出手段160が、図15に従った処理を行う機能に代えて、符号逆変換テーブルを参照する機能を備える。具体的には、付加情報抽出手段160は、図12、図16のS206において、図15に従った処理を実行する代わりに、符号逆変換テーブルを参照することになる。   In this case, the conversion table creation unit 180 of the extraction apparatus has a function of creating a sign reverse conversion table in addition to the function of the conversion table creation unit 80, and the additional information extraction unit 160 performs processing according to FIG. Instead of the function, a function to refer to the code reverse conversion table is provided. Specifically, the additional information extraction unit 160 refers to the code reverse conversion table instead of executing the processing according to FIG. 15 in S206 of FIGS.

この場合、変換テーブル作成手段180は、Nh(>Nw)ビットの全ハミング符号に対して、変換対象となるハミング符号までのハミング距離を記録するとともに、このハミング距離が所定以下のハミング符号に対しては、対応するNwビットの登録順位が対応付けられた符号逆変換テーブルを作成する機能を有する。   In this case, the conversion table creation means 180 records the Hamming distance to the Hamming code to be converted for all Hamming codes of Nh (> Nw) bits, and for Hamming codes whose Hamming distance is a predetermined value or less. Thus, it has a function of creating a code reverse conversion table in which the registration order of the corresponding Nw bits is associated.

抽出装置を起動すると、まず、変換テーブル作成手段180が、符号逆変換テーブルを作成する。変換テーブル作成手段180による符号逆変換テーブルの作成は、最初に、変換テーブル作成手段80と同様の処理を行って符号変換テーブルを作成した後、この符号変換テーブルを利用して行う。   When the extraction device is activated, first, the conversion table creation unit 180 creates a code reverse conversion table. The code reverse conversion table is created by the conversion table creating unit 180 by first performing the same processing as the conversion table creating unit 80 to create a code conversion table and then using this code conversion table.

符号逆変換テーブルは、Nhビットの全ハミング符号に対して、各々符号変換テーブルに登録されているハミング符号までの最小のハミング距離を記録するとともに、このハミング距離が所定以下のハミング符号に対しては、逆変換先となるNwビットの登録順位(当該ハミング距離をもつハミング符号が符号変換テーブルに登録されている登録順位)が対応付けられたものであるので、Nh=12の場合、HF=0〜4095までの各ハミング符号について作成されることになる。HFの値を特定した場合の処理は、図15に示したものと同じである。S704において、iの値が128以上となった場合、ハミング距離HDが0または1であった場合には、ハミング符号HFと対応付けて、7ビット符号KFおよび最小ハミング距離HDを符号逆変換テーブルに登録する。   The code reverse conversion table records the minimum hamming distance to each hamming code registered in the code conversion table for all Nh-bit hamming codes, and for the hamming codes whose hamming distance is a predetermined value or less. Is associated with the registration order of Nw bits as the inverse transform destination (registration order in which the Hamming code having the Hamming distance is registered in the code conversion table), so when Nh = 12, HF = It is created for each Hamming code from 0 to 4095. The processing when the value of HF is specified is the same as that shown in FIG. In S704, when the value of i is 128 or more, and the hamming distance HD is 0 or 1, the 7-bit code KF and the minimum hamming distance HD are associated with the hamming code HF and the code inverse conversion table is used. Register with.

図15に示した処理を、HF=0〜4095の全てについて実行することにより、図18に示すような符号逆変換テーブルが作成される。図18に示すように、符号逆変換テーブルには、12ビット符号HFが取り得る各値0〜4095について、ハミング距離が対応付けて登録されているとともに、ハミング距離が1以下となったものについては、対応する7ビット符号KFが登録されている。なお、図18の例では、説明の便宜上、7ビット符号の10進表記と、12ビット符号の10進表記及び2進表記を示しているが、現実には、7ビット符号のビット列と12ビット符号のビット列が対応付けて登録されている。   By executing the process shown in FIG. 15 for all of HF = 0 to 4095, a code reverse conversion table as shown in FIG. 18 is created. As shown in FIG. 18, in the code reverse conversion table, the values 0 to 4095 that can be taken by the 12-bit code HF are registered in association with the Hamming distance, and the Hamming distance is 1 or less. Corresponding 7-bit code KF is registered. In the example of FIG. 18, for convenience of explanation, a decimal representation of a 7-bit code and a decimal representation and a binary representation of a 12-bit code are shown. Code bit strings are registered in association with each other.

また、Nh=16の場合、図15に示した処理を、HF=0〜65535の全てについて実行することにより、図19に示すような符号逆変換テーブルが作成される。   When Nh = 16, the process shown in FIG. 15 is executed for all of HF = 0 to 65535, whereby a code reverse conversion table as shown in FIG. 19 is created.

そして、図12のS206の処理を行う際には、Nh=12の場合は、得られた12ビットで図18を参照し、対応する7ビット符号KFと、ハミング距離を得ることになり、Nh=16の場合は、得られた16ビットで図19を参照し、対応する7ビット符号KFと、ハミング距離を得ることになる。   Then, when performing the process of S206 in FIG. 12, if Nh = 12, the corresponding 12-bit code KF and the Hamming distance are obtained by referring to FIG. 18 with the obtained 12 bits, and Nh If = 16, the corresponding 16-bit code KF and the Hamming distance are obtained with reference to FIG. 19 using the obtained 16 bits.

(7.周波数範囲の変形例)
本願では抽出精度を向上させるため、電話帯域全体に埋め込み領域を拡大する方法を採用したが、再生品質を向上させるため、下位の変更対象周波数帯の幅を上記実施形態より狭くすることも可能である。具体的には、変更対象周波数帯の下限F1を0.85kHzとする。この場合、上位周波数帯は1.7kHz〜3.4kHz、下位周波数帯は0.85kHz〜1.7kHzとなる。ただし、実験の結果、前記電話帯域全体に埋め込み領域を設定した方法と比較し、品質上の顕著な差は無く、むしろ抽出精度の低下のデメリットの方が大きく、結果的に優位性は見られなかった。また出願人は、電話帯域全体に埋め込み領域を設定する際、上記実施形態で示した方法ではなく、下位周波数帯を0.85kHz〜1.7kHzに狭くし、その下に、さらに独立した周波数帯0.34kHz〜0.85kHzを三重に設置する手法についても実験したが、比較の結果、下位周波数帯を0.34kHz〜1.7kHzの1本にまとめる方が雑音の抑圧効果が高く、感度も2倍程度に拡大されることがわかった。低音部は信号エネルギー成分が大きいため、わずかな拡大により感度が顕著に改善されたのだと思われる。結局、周波数方向に4つの周波数領域に分け、上位周波数帯と下位周波数帯の幅を近づけ、二重の音脈分凝を形成する手法が、人間の聴覚に対して、最もノイズを抑制できることがわかった。
(7. Modified examples of frequency range)
In this application, in order to improve the extraction accuracy, a method of expanding the embedding area in the entire telephone band is adopted. However, in order to improve the reproduction quality, it is also possible to make the width of the lower frequency band to be changed narrower than the above embodiment. is there. Specifically, the lower limit F1 of the change target frequency band is set to 0.85 kHz. In this case, the upper frequency band is 1.7 kHz to 3.4 kHz, and the lower frequency band is 0.85 kHz to 1.7 kHz. However, as a result of the experiment, there is no significant difference in quality compared to the method in which the embedded area is set over the entire telephone band, but rather the disadvantage of a decrease in extraction accuracy is greater, and as a result, superiority is seen. There wasn't. In addition, when setting the embedding area in the entire telephone band, the applicant narrows the lower frequency band to 0.85 kHz to 1.7 kHz instead of the method shown in the above embodiment, and further separates the frequency band below it. Experiments were also conducted on a method of installing 0.34 kHz to 0.85 kHz in triplicate, but as a result of comparison, it is more effective to suppress noise by combining the lower frequency bands into one of 0.34 kHz to 1.7 kHz, and the sensitivity is also high. It was found that it was magnified about twice. The bass part has a large signal energy component, so it seems that the sensitivity was significantly improved by a slight enlargement. In the end, the method that divides the frequency range into four frequency regions and makes the upper and lower frequency bands close to each other to form a double sound pulse concentration can suppress the noise most for human hearing. all right.

(8.その他)
以上、本発明の好適な実施形態について限定したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、1音響フレームのサンプル数N=4096としたが、N=2048、1024、512等を設定するようにしても良い。これにより、同一時間あたりの音響フレーム数が、2倍、4倍、8倍となり、全体として2〜8倍の情報の埋め込みが可能となる。
(8. Others)
As mentioned above, although it limited about the suitable embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the number of samples of one acoustic frame is N = 4096, but N = 2048, 1024, 512, etc. may be set. As a result, the number of sound frames per same time is doubled, quadrupled, and quadrupled, and 2 to 8 times of information can be embedded as a whole.

また、上記実施形態では、音響信号からの情報の抽出装置を、携帯電話機等の携帯型端末装置単体で実現した場合を例にとって説明したが、他のコンピュータと連携して実現するようにしても良い。具体的には、携帯型端末装置と専用コンピュータを無線通信可能に接続し、音響信号入力手段100〜音響フレーム保持手段170の構成要素のうち、演算負荷の大きいものは、専用コンピュータで処理する。例えば、音響信号入力手段100、基準フレーム獲得手段110、位相変更フレーム設定手段120、付加情報抽出手段160、変換テーブル作成手段180を携帯型端末装置に備え、周波数変換手段130、符号判定パラメータ算出手段140、符号出力手段150、音響フレーム保持手段170を専用コンピュータに備えるようにして、必要な情報を両者間で通信するようにする。これにより、携帯型端末装置の処理性能が低い場合であっても高速な処理を行うことが可能となる。   In the above-described embodiment, the case where the device for extracting information from the acoustic signal is realized by a single mobile terminal device such as a mobile phone has been described as an example. However, the device may be realized in cooperation with other computers. good. Specifically, the portable terminal device and the dedicated computer are connected so as to be capable of wireless communication, and among the components of the acoustic signal input unit 100 to the acoustic frame holding unit 170, those having a large calculation load are processed by the dedicated computer. For example, the portable terminal device includes an acoustic signal input unit 100, a reference frame acquisition unit 110, a phase change frame setting unit 120, an additional information extraction unit 160, and a conversion table creation unit 180. The frequency conversion unit 130, the code determination parameter calculation unit 140, the code output means 150, and the sound frame holding means 170 are provided in a dedicated computer so that necessary information can be communicated between them. This makes it possible to perform high-speed processing even when the processing performance of the portable terminal device is low.

また、上記実施形態では、2チャンネルのステレオ音響信号を利用した場合を例にとって説明したが、1チャンネルのモノラル音響信号を利用しても良い。この場合は、上記LチャンネルまたはRチャンネルのいずれか一方に対して行った処理を実行すれば良い。   In the above embodiment, a case where a two-channel stereo sound signal is used has been described as an example. However, a one-channel monaural sound signal may be used. In this case, the process performed on either the L channel or the R channel may be executed.

また、周波数成分変更手段30による所定周波数成分の変更を、図3および〔数式11〕に従って実行するようにしたが、埋め込むべきビット値に応じた周波数成分の変更は、様々なものを用いることができ、例えば特許文献1に示したような手法を用いることも可能である。この場合、抽出側においても、当然その埋め込み手法に応じた手法で抽出が行われる。   Further, the change of the predetermined frequency component by the frequency component changing means 30 is executed according to FIG. 3 and [Equation 11], but various changes can be used for changing the frequency component according to the bit value to be embedded. For example, it is possible to use a technique as shown in Patent Document 1. In this case, on the extraction side, the extraction is naturally performed by a method corresponding to the embedding method.

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。It is a functional block diagram of an information embedding device for an acoustic signal. 本発明で用いる時間方向窓関数を示す図である。It is a figure which shows the time direction window function used by this invention. 本発明の一実施形態における変更対象周波数帯の成分の変化の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of a change of the component of the change object frequency band in one Embodiment of this invention. 符号変換テーブル作成の処理概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process outline | summary of code conversion table preparation. 7ビット符号と12ビット符号の符号変換テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the code conversion table of 7 bit code and 12 bit code. 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。It is a flowchart which shows the process outline | summary of the apparatus shown in FIG. 振幅変換を用いない埋め込み処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the embedding process which does not use amplitude conversion. 振幅変換を用いない抽出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction process which does not use amplitude conversion. 振幅変換を用いた埋め込み処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the embedding process using amplitude conversion. 振幅変換を用いた抽出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction process using amplitude conversion. 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。1 is a functional block diagram of an apparatus for extracting information from an acoustic signal according to the present invention. 図11に示した装置の、エラー訂正を行わない設定における処理概要を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating an outline of processing in a setting in which error correction is not performed in the apparatus illustrated in FIG. 11. 図12のS202の位相確定および符号出力の詳細を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing details of phase determination and code output in S202 of FIG. 図13のS302の符号判定処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the code | symbol determination process of S302 of FIG. 12ビット符号HFが特定された場合の、対応する7ビット符号KF、最小ハミング距離HDを得るための処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process for obtaining the corresponding 7-bit code KF and the minimum Hamming distance HD when the 12-bit code HF is specified. 図11に示した装置の、1ビットのエラー訂正をする設定における処理概要を示すフローチャートである。12 is a flowchart showing an outline of processing in a setting for performing 1-bit error correction in the apparatus shown in FIG. 11. 7ビット符号と16ビット符号の符号変換テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the code conversion table of a 7 bit code and a 16 bit code. 7ビット符号と12ビット符号の符号逆変換テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the code reverse conversion table of a 7 bit code and a 12 bit code. 7ビット符号と16ビット符号の符号逆変換テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the code reverse conversion table of a 7 bit code and a 16 bit code. 人間の聴覚心理特性である音脈分凝の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of the sound pulse fractionation which is a human auditory psychological characteristic. 従来の埋め込み時の各音響フレームの強度変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the intensity | strength change of each acoustic frame at the time of the conventional embedding. 本発明における埋め込み時の各音響フレームの強度変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the intensity | strength change of each acoustic frame at the time of embedding in this invention. 周波数に対するエネルギー分布および、従来と本発明の埋め込み領域を示す図である。It is a figure which shows the energy distribution with respect to a frequency, and the embedding area | region of the past and this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・音響フレーム読込手段
20・・・周波数変換手段
30・・・周波数成分変更手段
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・・・ビット配列作成手段
80・・・変換テーブル作成手段
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
180・・・変換テーブル作成手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Acoustic frame reading means 20 ... Frequency conversion means 30 ... Frequency component change means 40 ... Frequency reverse conversion means 50 ... Modified acoustic frame output means 60 ... Storage means 61 ... Acoustic signal storage unit 62 ... Additional information storage unit 63 ... Modified acoustic signal storage unit 70 ... Bit array creation means 80 ... Conversion table creation means 100 ... Acoustic signal input means 110 ... Reference Frame acquisition means 120 ... phase change frame setting means 130 ... frequency conversion means 140 ... code determination parameter calculation means 150 ... code output means 160 ... additional information extraction means 170 ... sound frame holding Means 180 ... Conversion table creation means

Claims (20)

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読み込む音響フレーム読込手段と、
前記読み込んだ音響フレームのうち、奇数番目、偶数番目の一方をAタイプ、他方をBタイプとし、前記Aタイプの音響フレームに対して第1窓関数を用いて周波数変換を行い、前記Bタイプの音響フレームに対して第2窓関数を用いて周波数変換を行い、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窓スペクトルを得る周波数変換手段と、
前記生成された各窓スペクトルから所定の周波数範囲における互いに重複しない2個のスペクトル集合を、周波数が高い方のスペクトル集合の周波数幅が大きくなるように抽出し、更に各スペクトル集合を1/2の周波数幅に均等分割し、各窓スペクトルについての4個のスペクトル集合を、前記第1窓スペクトルから抽出したスペクトル集合を周波数が低い順に、1D1、1D2、1U1、1U2とし、前記第2窓スペクトルから抽出したスペクトル集合を周波数が低い順に、2D1、2D2、2U1、2U2とした場合に、埋め込むべきビット配列に基づいて、1D1の強度値と2D2の強度値との積と、1D2の強度値と2D1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなり、同時に1U1の強度値と2U2の強度値との積と、1U2の強度値と2U1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなるように、各スペクトル集合の強度を変更する周波数成分変更手段と、
前記変更されたスペクトル集合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。
A device for embedding additional information in an inaudible state with respect to an acoustic signal composed of a time-series sample sequence,
An acoustic frame reading means for reading a predetermined number of samples from the acoustic signal;
Of the read acoustic frames, odd-numbered and even-numbered ones are A type and the other is B type, and frequency conversion is performed on the A type acoustic frames using a first window function, and the B type Frequency conversion is performed on the acoustic frame using the second window function to obtain a first window spectrum that is a spectrum corresponding to the first window function and a second window spectrum that is a spectrum corresponding to the second window function. Frequency conversion means;
Two spectrum sets that do not overlap each other in a predetermined frequency range are extracted from the generated window spectra so that the frequency width of the higher frequency spectrum set becomes larger, and each spectrum set is reduced to 1/2. The spectrum set obtained by equally dividing the frequency spectrum into four spectrum sets for each window spectrum and extracting the spectrum set from the first window spectrum in order of increasing frequency is 1D1, 1D2, 1U1, 1U2, and from the second window spectrum. When the extracted spectrum set is 2D1, 2D2, 2U1, and 2U2 in order of frequency, based on the bit arrangement to be embedded, the product of the intensity value of 1D1 and the intensity value of 2D2, the intensity value of 1D2, and 2D1 One of the products with the intensity value of the current value is greater than the other by a predetermined ratio, and at the same time, the intensity value of 1U1 and 2U2 And the product of the degrees value, as one of the product of the intensity values of the intensity values and 2U1 of 1U2 is larger than a predetermined ratio than the other, and the frequency component changing means for changing the intensity of each spectral set,
Frequency inverse transform means for performing frequency inverse transform on each window spectrum including the modified spectrum set to generate a modified acoustic frame;
Modified acoustic frame output means for sequentially outputting the generated modified acoustic frames;
An information embedding device for an acoustic signal, comprising:
請求項1において、
前記周波数成分変更手段は、前記ビット配列中の1ビットの状態に基づいて、1D1の強度値と1U1の強度値と2D2の強度値と2U2の強度値との積と、1D2の強度値と1U2の強度値と2D1の強度値と2U1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなるように、各スペクトル集合の強度を変更するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。
In claim 1,
The frequency component changing means, based on the state of 1 bit in the bit array, a product of an intensity value of 1D1, an intensity value of 1U1, an intensity value of 2D2, and an intensity value of 2U2, and an intensity value of 1D2 and 1U2 The intensity of each spectrum set is changed so that any one of the product of the intensity value of 2D1, the intensity value of 2D1 and the intensity value of 2U1 is larger than the other by a predetermined ratio or more. An information embedding device for signals.
請求項1において、
前記周波数成分変更手段は、前記ビット配列中の1ビットの状態に基づいて、1D1の強度値と2D2の強度値との積と、1D2の強度値と2D1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなるように各スペクトル集合の強度を変更し、前記ビット配列中の他の1ビットの状態に基づいて、1U1の強度値と2U2の強度値との積と、1U2の強度値と2U1の強度値との積のいずれか一方が他方より所定の比率以上に大きくなるように各スペクトル集合の強度を変更するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。
In claim 1,
The frequency component changing means is one of a product of an intensity value of 1D1 and an intensity value of 2D2, and a product of an intensity value of 1D2 and an intensity value of 2D1, based on the state of one bit in the bit array. Change the intensity of each spectrum set so that is greater than a predetermined ratio over the other, and based on the state of the other 1 bit in the bit array, the product of the intensity value of 1U1 and the intensity value of 2U2; Information embedding in an acoustic signal, wherein the intensity of each spectrum set is changed so that one of the products of the intensity value of 1U2 and the intensity value of 2U1 is greater than a predetermined ratio than the other. apparatus.
請求項1または請求項3において、
前記周波数成分変更手段は、1D1の強度値と2D2の強度値との積と、1D2の強度値と2D1の強度値との積と、1U1の強度値と2U2の強度値との積と、1U2の強度値と2U1の強度値との積のうち、大きくなるように変更する側のスペクトル集合に対しては、係数αを乗じた強度とし、小さくなるように変更する側のスペクトル集合に対しては、係数αより小さい係数βを乗じた強度と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。
In claim 1 or claim 3,
The frequency component changing means includes a product of an intensity value of 1D1 and an intensity value of 2D2, a product of an intensity value of 1D2 and an intensity value of 2D1, a product of an intensity value of 1U1 and an intensity value of 2U2, and 1U2. Of the product of the intensity value of 2 and the intensity value of 2U1, the spectrum set on the side to be changed to be larger is multiplied by the coefficient α, and the spectrum set on the side to be changed to be smaller. Is a device for embedding information in an acoustic signal, characterized in that the intensity is multiplied by a coefficient β smaller than the coefficient α.
請求項4において、
前記周波数成分変更手段は、前記強度の積を相対的に大きくなるように変更するグループの強度の積を、前記強度の積を相対的に小さくなるように変更するグループの強度の積で割った値γが、1より小さい場合に、前記係数αよりγの平方根を除した係数α´と、前記係数βにγの平方根を乗じた係数β´を、前記係数α、βに代えて用い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。
In claim 4,
The frequency component changing means divides the intensity product of the group that changes the intensity product to be relatively large by the product of the intensity of the group that changes the intensity product to be relatively small. When the value γ is smaller than 1, the coefficient α ′ obtained by dividing the coefficient α by the square root of γ and the coefficient β ′ obtained by multiplying the coefficient β by the square root of γ are used in place of the coefficients α and β. An information embedding device for an acoustic signal, characterized in that:
請求項1から請求項5のいずれかにおいて、
前記音響信号が2以上のチャンネルのステレオ信号であり、
前記音響フレーム読込手段、前記周波数変換手段、前記周波数成分変更手段、前記周波数逆変換手段、前記改変音響フレーム出力手段は、各チャンネルに対して処理を実行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。
In any one of Claims 1-5,
The acoustic signal is a stereo signal of two or more channels;
The acoustic signal is characterized in that the acoustic frame reading means, the frequency converting means, the frequency component changing means, the frequency inverse converting means, and the modified acoustic frame output means execute processing for each channel. An information embedding device.
請求項1から請求項6のいずれかにおいて、
前記付加情報がNwビットを1ワードとして構成されるものであり、
Nwビットが取り得る2のNw乗個の全ての登録順位に対して、互いにハミング距離が少なくとも4以上となるNh(>Nw)ビットのハミング符号を割り当てた符号変換テーブルを作成する変換テーブル作成手段と、
前記付加情報中の各ワードについて、前記符号変換テーブルを参照し、対応するハミング符号で構成されるNhビットのビット配列を作成するビット配列作成手段と、
をさらに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。
In any one of Claims 1-6,
The additional information is composed of Nw bits as one word;
Conversion table creation means for creating a code conversion table in which Nh (> Nw) bits of Hamming codes with a Hamming distance of at least 4 are assigned to all 2 2 Nw registration orders that Nw bits can take. When,
For each word in the additional information, referring to the code conversion table, a bit array creating means for creating a bit array of Nh bits composed of a corresponding Hamming code;
An apparatus for embedding information in an acoustic signal, further comprising:
請求項7において、
前記変換テーブル作成手段は、7ビットが取り得る128個の全ての登録順位に対して互いにハミング距離が6以上となる16ビットのハミング符号を割り当てた符号変換テーブルを作成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。
In claim 7,
The conversion table creating means creates a code conversion table in which 16-bit Hamming codes having a Hamming distance of 6 or more are assigned to all 128 registration orders that 7 bits can take. An information embedding device for an acoustic signal.
請求項1から請求項8のいずれかにおいて、
前記音響フレーム読込手段は、前記Aタイプの音響フレームと前記Bタイプの音響フレームを、所定数のサンプルを重複させて読み込むものであり、
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。
In any one of Claims 1-8,
The acoustic frame reading means reads the A type acoustic frame and the B type acoustic frame by overlapping a predetermined number of samples,
The apparatus for embedding information in an acoustic signal, wherein the modified acoustic frame output means outputs the generated modified acoustic frame by connecting it with a preceding modified acoustic frame.
請求項1から請求項9のいずれかにおいて、
前記周波数成分変更手段は、前記所定周波数範囲を0.34kHz以上および3.4kHz以下として設定するものであることを特徴とする音響信号に対する情報の埋め込み装置。
In any one of Claims 1-9,
The apparatus for embedding information in an acoustic signal, wherein the frequency component changing means sets the predetermined frequency range as 0.34 kHz or more and 3.4 kHz or less.
請求項1から請求項10のいずれかにおいて、
前記音響フレーム読込手段は、前記音響フレームと同サンプル数で、再生時に聴取困難な極めて低振幅の白色ノイズを作成し、前記音響フレームに対して加算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。
In any one of Claims 1-10,
The acoustic frame reading means generates white noise with extremely low amplitude that is difficult to hear during reproduction with the same number of samples as the acoustic frame, and adds the white noise to the acoustic frame. An information embedding device.
コンピュータを、請求項1から請求項11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。   The program for functioning a computer as an information embedding apparatus with respect to the acoustic signal in any one of Claims 1-11. あらかじめ聴取不能な状態で付加情報が埋め込まれた音響信号から前記付加情報を抽出する装置であって、
前記音響信号の所定区間をデジタル化して、所定数のサンプルで構成される音響フレームを獲得する音響フレーム獲得手段と、
前記読み込んだ音響フレームのうち、奇数番目、偶数番目の一方をAタイプ、他方をBタイプとし、前記Aタイプの音響フレームに対して第1窓関数を用いて周波数変換を行い、前記Bタイプの音響フレームに対して第2窓関数を用いて周波数変換を行い、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窓スペクトルを得る周波数変換手段と、
前記生成された各窓スペクトルから所定の周波数範囲における互いに重複しない2個のスペクトル集合を、周波数が高い方のスペクトル集合の周波数幅が大きくなるように抽出し、更に各スペクトル集合を1/2の周波数幅に均等分割し、前記第1窓スペクトルから抽出した4個のスペクトル集合の強度値を周波数が低い順にE1、E3、E5、E7として算出し、前記第2窓スペクトルから抽出した4個のスペクトル集合の強度値を周波数が低い順にE2、E4、E6、E8として算出し、E1とE4の積と、E2とE3の積との大小関係、およびE5とE8の積と、E6とE7の積との大小関係に基づいて、埋め込まれていたビット値を抽出する符号化手段と、
前記抽出されたビット値をワード単位で所定の規則により変換して付加情報を抽出する付加情報抽出手段と、
を有することを特徴とする音響信号からの情報の抽出装置。
An apparatus for extracting the additional information from an acoustic signal in which the additional information is embedded in a state incapable of being heard in advance,
An acoustic frame acquisition means for digitizing a predetermined section of the acoustic signal and acquiring an acoustic frame composed of a predetermined number of samples;
Of the read acoustic frames, odd-numbered and even-numbered ones are A type and the other is B type, and frequency conversion is performed on the A type acoustic frames using a first window function, and the B type Frequency conversion is performed on the acoustic frame using the second window function to obtain a first window spectrum that is a spectrum corresponding to the first window function and a second window spectrum that is a spectrum corresponding to the second window function. Frequency conversion means;
Two spectrum sets that do not overlap each other in a predetermined frequency range are extracted from the generated window spectra so that the frequency width of the higher frequency spectrum set becomes larger, and each spectrum set is reduced to 1/2. Equally divided into frequency widths, intensity values of four spectrum sets extracted from the first window spectrum are calculated as E1, E3, E5, and E7 in order of increasing frequency, and the four spectrum sets extracted from the second window spectrum The intensity values of the spectrum set are calculated as E2, E4, E6, and E8 in ascending frequency, and the magnitude relationship between the product of E1 and E4 and the product of E2 and E3, and the product of E5 and E8, and E6 and E7 Encoding means for extracting the embedded bit value based on the magnitude relationship with the product;
Additional information extracting means for converting the extracted bit value in units of words according to a predetermined rule and extracting additional information;
An apparatus for extracting information from an acoustic signal, comprising:
請求項13において、
前記符号化手段は、E1とE4とE5とE8の積と、E2とE3とE6とE7の積との大小関係に基づいて、埋め込まれていた1ビットのビット値を抽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。
In claim 13,
The encoding means extracts an embedded 1-bit bit value based on the magnitude relationship between the product of E1, E4, E5, and E8 and the product of E2, E3, E6, and E7. An apparatus for extracting information from an acoustic signal.
請求項13において、
前記符号化手段は、E1とE4の積と、E2とE3の積との大小関係に基づいて、埋め込まれていた1ビットのビット値を抽出し、E5とE8の積と、E6とE7の積との大小関係に基づいて、埋め込まれていた他の1ビットのビット値を抽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。
In claim 13,
The encoding means extracts the embedded 1-bit bit value based on the magnitude relationship between the product of E1 and E4 and the product of E2 and E3, and the product of E5 and E8, and E6 and E7. An apparatus for extracting information from an acoustic signal, which extracts a bit value of another embedded one bit based on a magnitude relationship with a product.
請求項13において、
前記符号化手段は、1未満の値を持つ係数qを用いて、前記スペクトル集合の強度値E2に対してはE1を、E4に対してはE3を、E6に対してはE5を、E8に対してはE7を、E1とE3とE5とE7に対しては直前の音響フレームにおけるE2とE4とE6とE8にqを乗じた値を減じることにより補正して、強度値E1´、E2´、E3´、E4´、E5´、E6´、E7´、E8´を得て、E1´とE4´の積と、E2´とE3´の積との大小関係、およびE5´とE8´の積と、E6´とE7´の積との大小関係に基づいて補正ビット値を抽出し、前記E1とE4の積と、E2とE3の積との大小関係、およびE5とE8の積と、E6とE7の積との大小関係に基づいて抽出されたビット値と、補正ビット値のいずれか一方のビット値を選択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。
In claim 13,
The encoding means uses a coefficient q having a value less than 1, and sets E1 for the intensity value E2, E3 for E4, E5 for E6, and E8. On the other hand, E7 is corrected by subtracting the value obtained by multiplying E2, E4, E6, and E8 by q in the previous sound frame with respect to E1, E3, E5, and E7 to obtain intensity values E1 ′ and E2 ′. , E3 ′, E4 ′, E5 ′, E6 ′, E7 ′, E8 ′, the magnitude relationship between the product of E1 ′ and E4 ′ and the product of E2 ′ and E3 ′, and E5 ′ and E8 ′ A correction bit value is extracted based on the magnitude relationship between the product and the product of E6 ′ and E7 ′, the magnitude relationship between the product of E1 and E4, the product of E2 and E3, and the product of E5 and E8, The bit value extracted based on the magnitude relationship between the product of E6 and E7 and the bit value of one of the correction bit values are Extracting device information from the acoustic signal, characterized in that is to-option.
請求項13から請求項16のいずれかにおいて、
前記音響信号は、Nwビットを1ワードとして構成される付加情報を変換してNhビットを単位として情報が埋め込まれたものであり、
Nwビットが取り得る2のNw乗個の全ての登録順位に対して、互いにハミング距離が少なくとも4以上となるNh(>Nw)ビットのハミング符号を割り当てた符号変換テーブルを作成する変換テーブル作成手段をさらに有し、
前記付加情報抽出手段は、前記抽出されたビット値の集合がNhビットに達した場合に、前記符号変換テーブルに登録されている2のNw乗個の登録順位の中から最もハミング距離が短いハミング符号を探索し、探索されたハミング符号とのハミング距離が所定値未満であった場合、前記探索されたハミング符号に対応するNwビットを付加情報の1ワードとして抽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。
In any one of Claims 13-16,
The acoustic signal is obtained by converting additional information composed of Nw bits as one word and embedding information in units of Nh bits.
Conversion table creation means for creating a code conversion table in which Nh (> Nw) bits of Hamming codes with a Hamming distance of at least 4 are assigned to all 2 2 Nw registration orders that Nw bits can take. Further comprising
The additional information extracting means, when the set of extracted bit values reaches Nh bits, humming with the shortest hamming distance among 2 Nw power registration ranks registered in the code conversion table. The code is searched, and when the Hamming distance from the searched Hamming code is less than a predetermined value, Nw bits corresponding to the searched Hamming code are extracted as one word of additional information. An apparatus for extracting information from an acoustic signal.
請求項17において、
前記変換テーブル作成手段は、7ビットが取り得る128個の全ての登録順位に対して互いにハミング距離が6以上となる16ビットのハミング符号を割り当てた符号変換テーブルを作成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。
In claim 17,
The conversion table creating means creates a code conversion table in which 16-bit Hamming codes having a Hamming distance of 6 or more are assigned to all 128 registration orders that 7 bits can take. An information embedding device for an acoustic signal.
請求項13から請求項18のいずれかにおいて、
前記音響フレーム獲得手段は、前記音響信号から、所定数のサンプルで構成される音響フレームを基準フレームとして獲得する基準フレーム獲得手段と、前記基準フレームと所定サンプルずつ移動させることにより位相を変更して設定される複数の音響フレームを位相変更フレームとして設定する位相変更フレーム設定手段により構成され、
前記符号化手段は、前記抽出したスペクトル集合に基づいて符号判定パラメータを算出するとともに、前記スペクトル集合を、当該スペクトル集合に対応する直前の同タイプの音響フレームにおけるスペクトル集合を利用して補正した補正スペクトル集合に基づいて補正符号判定パラメータを算出する符号判定パラメータ算出手段と、基準フレームが異なる過去の同位相の音響フレームにおいて算出された符号判定パラメータおよび補正符号判定パラメータのいずれかを選択し、当該選択した方の符号判定パラメータに基づいて、前記基準フレームおよび複数の位相変更フレームのうち1つの音響フレームを位相が最適なものであると判断し、当該最適な位相の音響フレームについて判断された前記符号判定パラメータに基づいて、所定の符号を出力する符号出力手段を有するものであることを特徴とする音響信号からの情報の抽出装置。
In any one of Claims 13-18,
The acoustic frame acquisition means changes a phase by moving a reference frame and a predetermined sample from a reference frame acquisition means for acquiring an acoustic frame composed of a predetermined number of samples as a reference frame from the acoustic signal. It is constituted by phase change frame setting means for setting a plurality of set sound frames as phase change frames,
The encoding means calculates a code determination parameter based on the extracted spectrum set, and corrects the spectrum set by using a spectrum set in an acoustic frame of the same type immediately before the spectrum set. A code determination parameter calculating means for calculating a correction code determination parameter based on the spectrum set, and selecting either the code determination parameter or the correction code determination parameter calculated in the past in-phase acoustic frame having a different reference frame, Based on the selected code determination parameter, it is determined that one of the reference frame and the plurality of phase change frames has an optimum phase, and the sound frame having the optimum phase is determined. Based on the sign determination parameter, Information extraction device from the acoustic signal, characterized in that those having a code outputting means for outputting.
コンピュータを、請求項13から請求項19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。   A program for causing a computer to function as an apparatus for extracting information from an acoustic signal according to any one of claims 13 to 19.
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