JP6003098B2 - 音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤ・ＤＶＤ・ＢＤ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、および音楽コンテンツプロバイダー等が商業目的で配信するネットワーク音楽配信分野に関し、特に、音楽コンテンツのコピーを防止する技術に関する。

従来、音楽コンテンツの複製防止のため、様々な技術が開発されている。例えば、ＤＲＭ（特許文献１参照）という方式では、デジタルの音楽コンテンツに暗号化を施すことにより音楽コンテンツの複製を防止している。具体的には、商用ＤＶＤやＢＤメディアから別のＤＶＤ−Ｒ等の記録メディアにデジタルケーブル接続によりレコーダ機器で録画したり、パソコンのドライブに挿入してパソコン上で動画ファイルとしてリッピングすることを不可能にしている。しかし、ＤＲＭ方式では、デジタルコンテンツのコピーを防止することは可能であるが、アナログコンテンツのコピーを防止することはできない。すなわち、再生中のディスプレイ画面をビデオカメラで撮影したり、再生信号をスピーカ出力よりラインまたはマイクロフォンで録音することにより複製可能となる。現状、最も大きな問題は、映画館やホールなどに小型ビデオカメラを持ち込み、スクリーンに映し出された映像とともに、スピーカから流れるサウンドトラックが収録され、無尽蔵にＤＶＤが作成され商品（海賊版）として出荷されている例がある。近年の民生用ビデオカメラはＨＤＴＶ対応になっておりＢＤ並みの画質で記録が可能であるため、それをマスターにして複製されるＤＶＤは商用品質を確保することが容易である。

特表２００３−５１７７６７号公報 ＷＯ２０１１／００２０５９

アナログコンテンツの複製を防止する手法として、主として前述の海賊版ＤＶＤ製造への対抗策としては、映像信号に不可視のコピー妨害信号を付加する技術が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に開示の手法では、コピー妨害信号として赤外線を用いているため、人間には不可視だが、ビデオカメラには映り込み、違法コピーを牽制することができる。しかし、コピー妨害信号はコンテンツ自体には埋め込むことができず、コピー妨害信号を発射する特殊なモジュールを装着したスクリーンやディスプレイでないと機能せず、業務用ビデオカメラや赤外カットフィルタを装着したカメラを用いるとコピー妨害信号の映り込みを回避できるという問題がある。また、映像のサウンドトラックの違法コピーに対しては全く無防備である。

そこで、本発明は、保護対象の音響信号に雑音を発生させる信号を非可聴に埋め込み、複製時には、雑音を発生させる信号を妨害雑音として可聴化させることが可能な音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置を提供することを第１の課題とする。

また、Ａ／Ｄ変換器やサンプラーではアンチエイリアシング処理を行うＬＰＦ回路が前置されていることが多く、埋め込んだ雑音を発生させる信号が削除されてしまう。そこで、本発明は、ＬＰＦで雑音を発生させる信号が削除されないようにロバスト性をもたせることが可能な音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置を提供することを第２の課題とする。

上記課題を解決するため、本発明第１の態様では、
時系列のサンプル列で構成されるサンプリング周波数Ｆｓの音響信号に対して、白色雑音で構成される妨害雑音を聴取不能な状態で埋め込む装置であって、
前記音響信号に対して、サンプリング周波数がＦｓより大きいＦｕｓになるようにアップサンプリングを行い、広帯域音響信号を作成するアップサンプリング手段と、
前記広帯域音響信号より、所定数のサンプルで構成される音響フレームを読み込む音響フレーム読込手段と、
前記音響フレームに対して所定の窓関数を用いて周波数変換を行い、複素周波数成分であるスペクトルを得る周波数変換手段と、
前記スペクトルの信号成分の中で、Ｆｕｓ／４以上、かつＦｕｓ／２以下を改変周波数範囲として、当該改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分に対して、信号の正負に応じて所定値を加算または減算するように改変を加える周波数成分改変手段と、
前記周波数成分が改変された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、を有し、
前記周波数成分改変手段は、前記音響フレーム読込手段により読み込まれた音響フレームのうち、１つ置きの音響フレームに対して、処理を行うものであることを特徴とする音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置を提供する。

本発明第１の態様によれば、音響信号に対してアップサンプリングを行って広帯域音響信号を作成し、広帯域音響信号中の、Ｆｕｓ／４以上、かつＦｕｓ／２以下の信号成分に対して、信号の正負に応じて所定値を加算または減算するように改変を行うようにしたので、埋め込まれた所定の値の信号成分の下限がＦｕｓ／４となり、周波数Ｆｕｓ／４を人間の可聴域の上限付近に設定しておくことにより、所定の値の信号成分は完全に非可聴域に入り、所定の値の信号成分は全く聴取されない。ところが、前記改変音響信号がアナログ系に変換されるかデジタルの状態で、サンプリング周波数Ｆｓで再度サンプリングされ複製された場合に、複製された音響信号を再生すると、エイリアシングが発生して周波数Ｆｕｓ／４以上の所定の値の信号成分が周波数Ｆｕｓ／４を中心に周波数Ｆｕｓ／４以下の可聴帯域に折り返され、所定の値の信号成分が可聴な状態で妨害雑音として出力される。このため、原音響信号のサンプリング周波数と同一のサンプリング周波数で、原音響信号に記録された音のみを複製されることを防ぐことが可能となる。また、複製する際のサンプリング周波数はＦｕｓ／２丁度である必要はなく、Ｆｕｓ／２前後以下（３・Ｆｕｓ／４以下）であれば設定されたサンプリング周波数の１／２の周波数を中心に折り返しが発生し、折り返される対象の信号成分や折り返される低域の周波数帯は所望の位置からずれるものの、少なくとも純粋な原音響信号に基づく音のみの再生を防ぐという目的は達成可能となる。さらに、本発明第１の態様によれば、奇数番目の音響フレームと偶数番目の音響フレームのうち、いずれか一方のみに対して改変を行うようにしたので、原音響信号に改変を加える割合を半減させるとともに、雑音再生音を明瞭にすることができる。

本発明第２の態様では、時系列のサンプル列で構成されるサンプリング周波数Ｆｓの音響信号に対して、白色雑音で構成される妨害雑音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、所定数のサンプルで構成される音響フレームを読み込む音響フレーム読込手段と、
前記音響フレームに対して所定の窓関数を用いて周波数変換を行い、複素周波数成分であるスペクトルを得る周波数変換手段と、
前記スペクトルの信号成分の中で、Ｆｓ／４以上、かつＦｓ／２以下を改変周波数範囲として、当該改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分に対して、信号の正負に応じて所定値を加算または減算するように改変を加える周波数成分改変手段と、
前記周波数成分が改変された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、を有し、
前記周波数成分改変手段は、前記音響フレーム読込手段により読み込まれた音響フレームのうち、１つ置きの音響フレームに対して、処理を行うものであることを特徴とする音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置を提供する。

本発明第２の態様によれば、音響信号中の、Ｆｓ／４以上、かつＦｓ／２以下の信号成分に対して、信号の正負に応じて所定の値を加算または減算するように改変を行うようにしたので、改変後の信号成分の上限がＦｓ／２となり、原音響信号の周波数Ｆｓ／４からＦｓ／２までの信号成分に所定の値の信号の成分が重畳されており、サンプリング周波数Ｆｓ／２で複製された場合に、複製された音響信号を再生すると、エイリアシングが発生して、周波数Ｆｓ／４からＦｓ／２までの原音響信号および所定の値の信号成分が周波数Ｆｓ／４を中心に周波数Ｆｓ／４以下に折り返され、所定の値の信号が可聴な状態で妨害雑音として出力される。このため、原音響信号のサンプリング周波数の１／２のサンプリング周波数で、原音響信号に記録された音のみを複製されることを防ぐことが可能となる。また、複製する際のサンプリング周波数はＦｓ／２丁度である必要はなく、Ｆｓ／２前後以下（３・Ｆｓ／４以下）であれば設定されたサンプリング周波数の１／２の周波数を中心に折り返しが発生し、折り返される対象の信号成分や折り返される低域の周波数帯は所望の位置からずれるものの、少なくとも純粋な原音響信号に基づく音のみの再生を防ぐという目的は達成可能となる。さらに、本発明第２の態様によれば、奇数番目の音響フレームと偶数番目の音響フレームのうち、いずれか一方のみに対して改変を行うようにしたので、原音響信号に改変を加える割合を半減させるとともに、雑音再生音を明瞭にすることができる。

本発明第３の態様では、本発明第１または第２の態様の音響信号に対する雑音の埋込み装置において、前記改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分は、前記改変周波数範囲の上限、下限から所定の値だけ狭めた範囲の信号成分であることを特徴とする。

本発明第３の態様によれば、改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分は、前記改変周波数範囲の上限、下限から所定の値だけ狭めた範囲としたので、必要以上に原音響信号に改変を加えることなく確実に効果のある周波数範囲に妨害雑音を発生する信号成分を埋め込むことが可能となる。

本発明第４の態様では、本発明第１から第３のいずれか一つの態様の音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置において、前記周波数変換手段は、窓幅Ｎサンプルとして、サンプル位置ｉ（０≦ｉ≦Ｎ−１）における重みＷ（ｉ）（０≦Ｗ（ｉ）≦１）が、Ｗ（ｉ）＝０．５−０．５ｃｏｓ（２πｉ／Ｎ）で定義されるハニング窓関数を用いて周波数変換を行うものであることを特徴とする。

本発明第４の態様によれば、周波数解析を行う際に、ハニング窓関数を用いるようにしたので、擬似高調波成分を発生させることなく、原音響信号に与える歪みを低減させながら周波数変換を行うことが可能になる。

本発明によれば、保護対象の音響信号に妨害雑音を非可聴に埋め込み、録音デバイスまたはサンプラーに前置されるＬＰＦ（Low Pass Filter, 低域通過フィルター）回路を介して複製された場合であっても、妨害雑音を可聴化させることが可能となる。

エイリアシングの原理を示す図である。 本発明の基本原理を示す図である。 ＬＰＦを用いた複製をした場合の信号の変化を示す図である。 本発明に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置のハードウェア構成図である。 本発明に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の処理動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態により得られた改変音響信号のスペクトルを示す図である。 第２の実施形態に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の処理動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態による音響信号の変化の様子を示す図である。 第２の実施形態により得られた改変音響信号のスペクトルを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜１．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、エイリアシングと呼ばれる折り返し歪みを利用して、複製を防止したい音響信号に、妨害雑音を埋め込み、改変音響信号を得る処理を行う。埋め込まれた妨害雑音は、改変音響信号の通常再生時には聴き取ることができないが、再生された改変音響信号を録音して再サンプリングされ複製された複製音響信号（複製方法はデジタルコピーであるか、アナログコピーであるかは問わないが、元の音響信号と同一のサンプリング周波数による複製を防止する場合にはアナログコピーに限定される）を再生すると、妨害雑音が可聴な状態で再生される。

図１は、エイリアシングの原理を示す図である。図１において、図１（ａ）は、原音響信号の信号スペクトル、図１（ｂ）は図１（ａ）の原音響信号をサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングしたサンプリングデータの信号スペクトルを示している。原音響信号に対して、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングを行うと、ナイキスト周波数Ｆｓ／２を超える高周波の信号成分が、Ｆｓ／２を中心に低域側に折り返され、Ｆｓ／２以下の低域信号成分として誤解析され重畳されてしまう。これが、エイリアシングである。図１の例では、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングを行うことにより、周波数Ｆｓ／２〜Ｆｓの信号成分は周波数方向に反転して重畳され、周波数Ｆｓ〜３・Ｆｓ／２の信号成分は周波数方向に２回反転して元の向きで重畳される。図１（ｂ）の例では、３種のスペクトル成分を重ねて表示しているが、実際には複素ベクトルで加算される。

図２は、本発明の基本原理を示す図である。図２において、図２（ａ）は、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされた元の音響信号の信号スペクトル、図２（ｂ）は、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされた妨害雑音の信号スペクトル、図２（ｃ）は、本発明による埋め込み処理の結果得られた改変音響信号の信号スペクトル、図２（ｄ）は、改変音響信号を何らかの複製手段で再サンプリングして得られた複製音響信号の信号スペクトルである。

図２（ａ）に示した音響信号、図２（ｂ）に示した妨害雑音は、ともにサンプリング前にハイカットフィルタ処理により高域成分を削除し、エイリアシングが生じていないものを用いる。本発明では、図１（ａ）に示した音響信号に対してあらかじめ同サンプリング周波数を２・Ｆｓに拡大して、図２（ｂ）に示した妨害雑音を周波数Ｆｓ／２を中心に高域側へ折り返したものをサンプリング周波数が拡大された音響信号に合成し、図２（ｃ）に示す改変音響信号を得る。このようにして得られた図２（ｃ）に示す改変音響信号を再生した場合、Ｆｓ／２を人間の可聴域より高い値（例えば、２２．０５ｋＨｚ）に設定しておくことにより、Ｆｓ／２より高い妨害雑音は、人間にはほとんど聴こえない。図２（ｃ）に示す改変音響信号を、複製してサンプリング周波数Ｆｓで再サンプリングすると、図２（ｄ）に示す複製音響信号が得られる。図２（ｄ）に示す複製音響信号は、エイリアシングが発生し、妨害雑音となる信号成分が、人間の可聴域であるＦｓ／２以下に折り返されるため、妨害雑音が音響信号として記録された音とともに人間に聴こえることになる。妨害雑音が音楽に重ねて聴こえると、正常な状態で音楽を鑑賞することができない。このため、複製に対する抑止力が働くことになる。

図３は、本発明により得られた改変音響信号が、現実的な装置で複製される場合の概念を示す図である。図３において、図３（ａ）は図２（ｃ）と同一であり、本発明による埋め込み処理の結果得られた改変音響信号の信号波形を示す。図３（ｂ）は、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）処理によるフィルタゲインを示す。図３（ｃ）は、改変音響信号に対してＬＰＦ処理を行った信号の信号波形を示す。図３（ｄ）は、改変音響信号をＬＰＦ処理後に再サンプリングして得られた複製音響信号の信号波形を示す。

図３（ｂ）に示すように、ＬＰＦ処理によるフィルタゲインは、周波数Ｆｓ／２までは高い値で一定であり、周波数Ｆｓ／２を超えると急激に下がり、ある程度まで下がったところで一定になる。通常、複製処理を行う場合も、サンプリングの前処理としてＬＰＦ処理が行われるため、図３（ａ）に示した改変音響信号は、図３（ｂ）に示したような特性のＬＰＦ処理が行われることになる。改変音響信号に対してＬＰＦ処理を行った信号は、図３（ｃ）に示したようなものになる。図３（ａ）と図３（ｃ）を比較するとわかるように、周波数Ｆｓ／２以下の元の音響信号に対応する部分はそのまま残り、周波数Ｆｓ／２を超える妨害雑音に対応する部分については、ＬＰＦの影響で減衰する。

さらに、図３（ｃ）に示す信号を、サンプリング周波数Ｆｓで再サンプリングすると、図３（ｄ）に示す複製音響信号が得られる。図３（ｄ）に示す複製音響信号は、エイリアシングが発生し、妨害雑音となる信号成分が、人間の可聴域である周波数Ｆｓ／２以下に折り返される。ＬＰＦ処理により妨害雑音は減衰されているものの、周波数Ｆｓ／２を人間の可聴域上限付近（例えば、２２．０５ｋＨｚ）に設定した場合、周波数Ｆｓ／２よりやや低い可聴域の妨害雑音に相当する信号成分が大きい状態となるため、妨害雑音が音響信号として記録された音とともに人間に聴こえることになる。妨害雑音が音楽に重ねて聴こえると、正常な状態で音楽を鑑賞することができない。このため、ＬＰＦ処理が行われた場合であっても、図３（ａ）に示されるように周波数Ｆｓ／２より高い帯域に重畳された妨害雑音のエネルギーが十分に大きければ、複製に対する抑止力が働くことになる。

＜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妨害雑音の埋め込み装置について説明する。図４は、本発明に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置のハードウェア構成図である。音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置は、汎用のコンピュータで実現することができ、図４に示すように、ＣＰＵ１（CPU: Central Processing Unit）と、コンピュータのメインメモリであるＲＡＭ２（RAM: Random Access Memory）と、ＣＰＵ１が実行するプログラムやデータを記憶するための大容量の記憶装置３（例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ等）と、キーボード、マウス等のキー入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）４と、外部装置（データ記憶媒体等）とデータ通信するためのデータ入出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）５と、表示装置（ディスプレイ）に情報を送出するための表示出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）６と、を備え、互いにバスを介して接続されている。

図５は、本発明に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の構成を示す機能ブロック図である。図５において、８はアップサンプリング手段、１０は音響フレーム読込手段、２０は周波数変換手段、３０は周波数成分改変手段、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は改変音響信号記憶部である。なお、図５に示す装置は、ステレオ音響信号、モノラル音響信号あるいは３チャンネル以上のサラウンド音響信号のいずれにも対応可能であるが、本実施形態では、２チャンネルの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。

アップサンプリング手段８は、音響信号記憶部６１に記憶された埋め込み対象となる音響信号に対して、その音響信号のサンプリング周波数よりもサンプリング周波数を上げてサンプリングを行い、広帯域音響信号を得る機能を有している。音響フレーム読込手段１０は、アップサンプリング手段８によりアップサンプリングされた広帯域音響信号の各チャンネルから所定数のサンプルを１音響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が広帯域音響信号から読み込んだ音響フレームをフーリエ変換等により周波数変換して周波数次元の複素数のスペクトルを生成する機能を有している。周波数成分改変手段３０は、音響フレームから得られたスペクトルを、妨害雑音を加えるように改変する機能を有している。周波数逆変換手段４０は、改変されたスペクトル集合を含む複数の複素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、時間次元の改変音響フレームを生成する機能を有している。改変音響フレーム出力手段５０は、生成された改変音響フレームを順次出力する機能を有している。

記憶手段６０は、音響信号を記憶した音響信号記憶部６１と、改変音響信号を記憶する改変音響信号記憶部６２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。

図５に示した各構成手段は、現実には図４に示したように、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。

図４の記憶装置３には、ＣＰＵ１を動作させ、コンピュータを、音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置として機能させるための専用のプログラムが実装されている。この専用のプログラムを実行することにより、ＣＰＵ１は、アップサンプリング手段８、音響フレーム読込手段１０、周波数変換手段２０、周波数成分改変手段３０、周波数逆変換手段４０、改変音響フレーム出力手段５０、記憶手段６０としての機能を実現することになる。また、記憶装置３は、処理に必要な様々なデータを記憶する。

＜２．２．埋め込み装置の処理動作＞
＜２．２．１．第１の実施形態＞
次に、図５に示した音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の処理動作について説明する。図６は、本発明に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の第１の実施形態の処理動作を示すフローチャートである。音響信号のサンプリング周波数Ｆｓとしては、９６ｋＨｚ、４８ｋＨｚ（映画など映像・放送業務用）または４４．１ｋＨｚ（ＣＤなど民生用）など、様々な周波数を用いることができる。本実施形態では、埋め込み対象の音響信号として、サンプリング周波数４８ｋＨｚでサンプリングされたものを用いる。

まず、アップサンプリング手段８が、音響信号記憶部６１に記憶されたステレオの音響信号の左右の各チャンネルに対して、元のサンプリング周波数よりもサンプリング周波数を上げてサンプリングを行う処理、すなわち、アップサンプリングを行う（ステップＳ１）。どの程度サンプリング周波数を上げるかについては、適宜設定しておくことが可能であるが、本実施形態では、元の音響信号のサンプリング周波数４８ｋＨｚ（Ｆｓ）を、サンプリング周波数９６ｋＨｚ（Ｆｕｓ）にアップサンプリングする。すなわち、本実施形態では、Ｆｕｓ＝２・Ｆｓとして２倍にアップサンプリングする。具体的には、アップサンプリング手段８は、音響信号記憶部６１に記憶された各チャンネルの総サンプル数Ｓ個の音響信号ｘｌ、ｘｒに対して、以下の〔数式１〕に従った処理を実行する。

〔数式１〕
ｘｌ´（ｓ）＝ｘｌ（ｓ・４８０／９６０）
ｘｒ´（ｓ）＝ｘｒ（ｓ・４８０／９６０）

上記〔数式１〕において、ｓ＝０，・・・，Ｓ´−１であり、Ｓ´＝Ｓ・９６０／４８０である。上記〔数式１〕に従った処理を実行した結果、各チャンネルのサンプル数Ｓ個の音響信号が、各チャンネルのサンプル数Ｓ´個の広帯域音響信号にアップサンプリングされる。元の音響信号ｘｌ、ｘｒに存在しないサンプルについては、近傍のサンプルの値を用いて補間する。

音響フレーム読込手段１０は、アップサンプリングされたステレオの広帯域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つの音響フレームとして読み込む（ステップＳ２）。

音響フレーム読込手段１０が読み込む１つの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、本実施形態では、Ｎ＝４０９６とする。したがって、音響フレーム読込手段１０は、広帯域音響信号から、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。

本実施形態では、奇数番目の音響フレーム、偶数番目の音響フレームは、互いに所定数（本実施形態ではＮ／２＝２０４８）のサンプルを重複して設定される。したがって、奇数番目の音響フレームを先頭からＡ１、Ａ２、Ａ３…とし、偶数番目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、重複させるサンプル数は適宜設定することが可能である。

次に、周波数変換手段２０が、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複素数のスペクトルを得る（ステップＳ３）。ステップＳ３では、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が、複素数のスペクトルを得られる手法である必要がある。本実施形態では、フーリエ変換を用いた場合を例にとって説明する。

一般に、所定の信号に対してフーリエ変換を行う場合、信号を所定の長さに区切って行う必要があるが、この場合、区切った信号に対してそのまま矩形窓でフーリエ変換を行うと、区切った境界部に基づく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、窓境界部の値を減衰変化させた後、変化後の値に対してフーリエ変換を実行する。

本実施形態においても、ハニング窓関数Ｗ（ｉ）を利用している。ハニング窓関数Ｗ（ｉ）は、中央の所定のサンプル番号ｉの位置において最大値１をとり、両端付近のサンプル番号ｉの位置において最小値０をとるように設定されている。本実施形態では、音響フレームについてのフーリエ変換は、以下の〔数式２〕で定義されるハニング窓関数Ｗ（ｉ）を乗じたものに対して行われることになる。

〔数式２〕
Ｗ（ｉ）＝０．５−０．５ｃｏｓ（２πｉ／Ｎ）

本実施形態においては、奇数番目の音響フレームと偶数番目の音響フレームを、所定サンプルずつ重複して読み込む。したがって、周波数成分の改変を行った後、音響信号の状態に復元する際、窓関数を乗じた奇数番目の音響フレームと、窓関数を乗じた偶数番目の音響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、奇数番目の音響フレームと偶数番目の音響フレームの重複部分において、窓関数Ｗ（ｉ）を加算すると、全区間固定値１になるように定義される必要がある。

周波数変換手段２０が、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（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（ｊ）、虚部Ｂｌ（ｊ）、右チャンネルに対応する変換データの実部Ａｒ（ｊ）、虚部Ｂｒ（ｊ）を得る。

〔数式３〕
Ａｌ（ｊ）＝Σ_i=0,…,N-1Ｗ（ｉ）・Ｘｌ（ｉ）・ｃｏｓ（２πｉｊ／Ｎ）
Ｂｌ（ｊ）＝Σ_i=0,…,N-1Ｗ（ｉ）・Ｘｌ（ｉ）・ｓｉｎ（２πｉｊ／Ｎ）
Ａｒ（ｊ）＝Σ_i=0,…,N-1Ｗ（ｉ）・Ｘｒ（ｉ）・ｃｏｓ（２πｉｊ／Ｎ）
Ｂｒ（ｊ）＝Σ_i=0,…,N-1Ｗ（ｉ）・Ｘｒ（ｉ）・ｓｉｎ（２πｉｊ／Ｎ）

上記〔数式３〕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。アップサンプリング後のサンプリング周波数が９６ｋＨｚ、Ｎ＝４０９６の場合、ｊの値が１つ異なると、周波数が約２３．４Ｈｚ異なることになる。

ステップＳ３において上記〔数式３〕に従った処理を実行することにより、各音響フレームに対応する複素数のスペクトルが得られる。続いて、周波数成分改変手段３０が、奇数番目の音響フレームから得られたスペクトルに対する改変処理を行う（ステップＳ４）。具体的には、以下の〔数式４〕に従った処理を実行し、高域の所定の範囲に、各周波数成分を同等に含む雑音である白色雑音を付加する処理を行う。

〔数式４〕
Ａｌ（ｊ）≧０の場合
Ａｌ´（ｊ）← Ａｌ（ｊ）＋γ
Ａｌ（ｊ）＜０の場合
Ａｌ´（ｊ）← Ａｌ（ｊ）−γ
Ｂｌ（ｊ）≧０の場合
Ｂｌ´（ｊ）← Ｂｌ（ｊ）＋γ
Ｂｌ（ｊ）＜０の場合
Ｂｌ´（ｊ）← Ｂｌ（ｊ）−γ
Ａｒ（ｊ）≧０の場合
Ａｒ´（ｊ）← Ａｒ（ｊ）＋γ
Ａｒ（ｊ）＜０の場合
Ａｒ´（ｊ）← Ａｒ（ｊ）−γ
Ｂｒ（ｊ）≧０の場合
Ｂｒ´（ｊ）← Ｂｒ（ｊ）＋γ
Ｂｒ（ｊ）＜０の場合
Ｂｒ´（ｊ）← Ｂｒ（ｊ）−γ

周波数成分改変手段３０は、周波数成分Ａｌ（ｊ）、Ｂｌ（ｊ）、Ａｒ（ｊ）、Ｂｒ（ｊ）に対して、上記〔数式４〕に従った処理を、ｊ＝Ｎ／４＋α，・・・，Ｎ／２−αの各ｊについて実行する。１音響フレームのサンプル数Ｎ=４０９６、アップサンプリング後のサンプリング周波数Ｆｕｓ（＝２・Ｆｓ）＝９６ｋＨｚの場合、ｊ＝Ｎ／４は、周波数Ｆｕｓ／４（＝Ｆｓ／２）に対応し、ｊ＝Ｎ／２は、周波数Ｆｕｓ／２（＝Ｆｓ）に対応する。なお、低周波数成分ｊ＝０，・・・，Ｎ／４＋α−１と、高周波数成分Ｎ／２−α−１，・・・，Ｎ／２に対しては、改変を加えない。上記〔数式４〕において、αは周波数オフセット整数値であり、本実施形態では、α＝Ｎ／３２に設定されている。また、γは信号レベル実数値であり、本実施形態では、Ａｌ（ｊ）、Ｂｌ（ｊ）、Ａｒ（ｊ）、Ｂｒ（ｊ）が１６ビットの範囲（−３２７６８〜＋３２７６７）で定義されている場合、γ＝１０２４０．０に設定されている。

上記〔数式４〕に示したように、複素数の実数成分および虚数成分の絶対値を増加させるように、所定の強度γを白色雑音として与える。この結果、図２（ｃ）、図３（ａ）のＦｓ／２〜Ｆｓ（〔数式４〕では、ｊ＝Ｎ／４〜Ｎ／２に対応）の範囲に示すように白色雑音である妨害雑音が付加される。ステップＳ４における白色雑音の付加処理は、奇数番目の音響フレームに対してのみ行われ、偶数番目の音響フレームに対しては行われない。奇数番目と偶数番目で白色雑音をＯｎ／Ｏｆｆさせることにより、原音響信号に対して改変を加える割合を半分にするとともに、Ｏｎ／Ｏｆｆの低周波的な交番変動を加えることにより雑音再生音を明瞭にすることができる。

本実施形態では、ステップＳ４における周波数成分の改変処理を奇数番目の音響フレームに対して行い、偶数番目の音響フレームに対しては行っていないが、１つ置きの音響フレームに対して改変処理を行えば良いため、逆に偶数番目の音響フレームに対して行い、奇数番目の音響フレームに対して行わないようにしても良い。

周波数成分改変手段３０が、ステップＳ４における白色雑音付加を行って改変処理を終えたら、次に、周波数逆変換手段４０が、改変後のスペクトルを周波数逆変換して改変音響フレームを得る処理を行う（ステップＳ５）。この周波数逆変換は、当然のことながら、周波数変換手段２０が実行した手法に対応していることが必要となる。本実施形態では、周波数変換手段２０において、フーリエ変換を施しているため、周波数逆変換手段４０は、フーリエ逆変換を実行することになる。

具体的には、周波数逆変換手段４０は、周波数成分改変手段３０により得られたスペクトルの左チャンネルの実部Ａｌ´（ｊ）、虚部Ｂｌ´（ｊ）、右チャンネルの実部Ａｒ´（ｊ）、虚部Ｂｒ´（ｊ）を用いて、以下の〔数式５〕に従った処理を行い、Ｘｌ´（ｉ）、Ｘｒ´（ｉ）を算出する。なお、周波数成分改変手段３０において改変されていない周波数成分については、Ａｌ´（ｊ）、Ｂｌ´（ｊ）、Ａｒ´（ｊ）、Ｂｒ´（ｊ）として、それぞれ元の周波数成分であるＡｌ（ｊ）、Ｂｌ（ｊ）、Ａｒ（ｊ）、Ｂｒ（ｊ）を用いる。

〔数式５〕
Ｘｌ´（ｉ）＝１／Ｎ・｛Σ_jＡｌ´（ｊ）・ｃｏｓ（２πｉｊ／Ｎ）−Σ_jＢｌ´（ｊ）・ｓｉｎ（２πｉｊ／Ｎ）｝＋Ｘｌｐ（ｉ＋Ｎ／２）
Ｘｒ´（ｉ）＝１／Ｎ・｛Σ_jＡｒ´（ｊ）・ｃｏｓ（２πｉｊ／Ｎ）−Σ_jＢｒ´（ｊ）・ｓｉｎ（２πｉｊ／Ｎ）｝＋Ｘｒｐ（ｉ＋Ｎ／２）

上記〔数式５〕においては、式が繁雑になるのを防ぐため、Σ_j=0,…_,N-1をΣ_jとして示している。上記〔数式５〕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５〕により改変音響フレームの左チャンネルの各サンプルＸｌ´（ｉ）、右チャンネルの各サンプルＸｒ´（ｉ）、が得られることになる。

改変音響フレーム出力手段５０は、周波数逆変換手段４０の処理により得られた改変音響フレームを順次出力ファイルに出力する。上記図６のフローチャートに示した処理は、広帯域音響信号の全ての音響フレームに対して実行される。このようにして全ての音響フレームに対して処理を行った結果、改変音響フレームの集合である改変音響信号が、改変音響信号記憶部６２に記憶される。本実施形態では、広帯域音響信号の先頭から最後まで妨害雑音を埋め込むようにしたが、埋め込む位置を設定して、その範囲にだけ埋め込むようにすることも可能である。

このようにして得られた改変音響信号は、図２（ｃ）、図３（ａ）に示すようになる。このような改変音響信号を再生した場合、Ｆｓ／２を人間の可聴域の上限に設定しておくことにより、Ｆｓ／２より高い妨害雑音は、人間にはほとんど聴こえない。図２（ｃ）に示す改変音響信号を再生して発せられた音を、アナログ系で録音するなどの複製手段によりサンプリング周波数Ｆｓで再サンプリングすると、図２（ｄ）、図３（ｄ）に示す複製音響信号が得られる。図２（ｄ）、図３（ｄ）に示す複製音響信号は、エイリアシングが発生し、妨害雑音を発する信号成分が、人間の可聴域であるＦｓ／２以下に存在するため、妨害雑音が元の音響信号として記録された音とともに人間に聴こえることになる。妨害雑音が音楽に重ねて聴こえると、正常な状態で音楽を鑑賞することができない。このため、複製に対する抑止力が働くことになる。また、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数がＦｓより若干小さくＦｓ／２より大きいＦｓ´の場合でも、同様にエイリアシングが発生し、周波数Ｆｓ´／２〜Ｆｓ´の信号成分は反転してＦｓ´／２以下の周波数帯に重畳される。即ち、図２（ｃ）、図３（ｃ）の右半分より左端が左側にずれて、図２（ｃ）、図３（ｃ）の右半分より帯域幅が狭い信号成分が図２（ｄ）、図３（ｄ）の左半分より右端が左側にずれた位置に折り返される。この複製音響信号を再生すると、妨害雑音に基づく音が人間の耳に明瞭に聴取されることになる。この場合でも、鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなるという目的は達成できるため、複製を抑止することが可能となる。更に、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数がＦｓ／２より小さい場合には、顕著なエイリアシングが発生して原音響信号自身の主要信号成分が破壊され鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなる。逆に、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数がＦｓより若干大きく３・Ｆｓ／２より小さいＦｓ´の場合でも、同様にエイリアシングが発生し、周波数Ｆｓ´／２〜Ｆｓ´の信号成分は反転してＦｓ´／２以下の周波数帯に重畳される。即ち、図２（ｃ）、図３（ｃ）の右半分より右端が右側にずれて、図２（ｃ）、図３（ｃ）の右半分より帯域幅が広い信号成分が図２（ｄ）、図３（ｄ）の左半分より右端が右側にずれた位置に折り返される。この複製音響信号を再生すると、妨害雑音が人間の耳に明瞭に聴取されることになる。この場合でも、鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなるという目的は達成できるため、複製を抑止することが可能となる。しかし、３・Ｆｓ／２より大きい場合には、エイリアシングが殆ど発生せず、妨害雑音は可聴化されず複製を抑止することはできない。以上のことから、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数が３・Ｆｓ／２より小さい場合には、エイリアシングが発生して。複製を抑止することが可能となる。

図７は、第１の実施形態の音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置により、サンプリング周波数４８ｋＨｚの音響信号を９６ｋＨｚにアップサンプリングして妨害雑音を埋め込んだ後の改変音響信号のスペクトルを示す図である。図７において、横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦軸は信号強度を示している。図７は、ステレオ音響信号についてのものであり、上側がＬチャンネル、下側がＲチャンネルを示している。図７の例では、アップサンプリング後のサンプリング周波数Ｆｕｓ（＝２・Ｆｓ）＝９６ｋＨｚであるので、Ｆｕｓ／４に相当する２４ｋＨｚ以下に元の音響信号の成分が存在し、Ｆｕｓ／４に相当する２４ｋＨｚ〜Ｆｕｓ／２に相当する４８ｋＨｚに所定値の信号成分が存在する。なお、図７では、周波数オフセット整数値αを改変周波数範囲の上限Ｆｕｓ／２側と下限Ｆｕｓ／４側で異ならせた例を示している。

＜２．２．２．第２の実施形態＞
次に、図５に示した音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態に係る音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置の処理動作を示すフローチャートである。第１の実施形態では、原音響信号をアップサンプリングして広帯域音響信号を作成し、この広帯域音響信号に対して妨害雑音の埋め込みを行ったが、第２の実施形態では、原音響信号に対して直接妨害雑音を埋め込む処理を行う。本実施形態では、サンプリング周波数Ｆｓとして４４．１ｋＨｚでサンプリングしたものを音響信号として用いる。本実施形態では、アップサンプリング手段８を介さず、音響フレーム読込手段１０が、直接音響信号記憶部６１に記憶された音響信号を読み込む。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の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つの第１音響フレームとして読み込む（ステップＳ１２）。

音響フレーム読込手段１０が読み込む１つの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と、最も原音に対するダメージを少なくできることが分かっているので、以下この設定値で説明する。したがって、音響フレーム読込手段１０は、音響信号から、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。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様、奇数番目の音響フレーム、偶数番目の音響フレームは、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。したがって、奇数番目の音響フレームを先頭からＡ１、Ａ２、Ａ３…とし、偶数番目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。

次に、周波数変換手段２０が、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複素数のスペクトルを得る（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、第１の実施形態におけるステップＳ３と同様、上記〔数式２〕に示した窓関数Ｗ（ｉ）を利用して周波数変換を行う。

周波数変換手段２０が、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（ｉ）を用いて、上記〔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（ｊ）、虚部Ｂｌ（ｊ）、右チャンネルに対応する変換データの実部Ａｒ（ｊ）、虚部Ｂｒ（ｊ）を得る。

ただし、本実施形態では、サンプリング周波数が４４．１ｋＨｚ、Ｎ＝４０９６であるので、ｊの値が１つ異なると、周波数が約１０．８Ｈｚ異なることになる。

ステップＳ１３においてそれぞれ上記〔数式３〕に従った処理を実行することにより、各音響フレームに対応する複素数のスペクトルが得られる。続いて、周波数成分改変手段３０が、奇数番目の音響フレームから得られたスペクトルに対する改変処理を行う（ステップＳ１４）。具体的には、上記〔数式４〕に従った処理を実行し、高域に白色雑音を付加する処理を行う。

ただし、第２の実施形態では、周波数成分改変手段３０は、周波数成分Ａｌ（ｊ）、Ｂｌ（ｊ）、Ａｒ（ｊ）、Ｂｒ（ｊ）に対して、上記〔数式４〕に従った処理を、ｊ＝３・Ｎ／８＋α，・・・，Ｎ／２−αの各ｊについて実行する。１音響フレームのサンプル数Ｎ=４０９６、サンプリング周波数Ｆｓ＝４４．１ｋＨｚの場合、ｊ＝３・Ｎ／８は、周波数３・Ｆｓ／８に対応し、ｊ＝Ｎ／２は、周波数Ｆｓ／２に対応する。なお、低周波数成分ｊ＝０，・・・，３・Ｎ／８＋α−１と、高周波数成分Ｎ／２−α＋１，・・・，Ｎ／２に対しては、改変を加えない。上記〔数式４〕において、αは周波数オフセット整数値であるが、本実施形態では、α＝Ｎ／６４に設定されている。また、γは信号レベル実数値であるが、本実施形態では、γ＝１６３８４．０に設定されている。なお、ここでは、一例として３・Ｎ／８〜Ｎ／２（周波数３・Ｆｓ／８〜Ｆｓ／２に対応）の範囲をさらに狭めた範囲の周波数成分を改変するようにしたが、Ｎ／４〜Ｎ／２（周波数Ｆｓ／４〜Ｆｓ／２に対応）の範囲で自由に設定することができる。ただし、Ｎ／４付近の周波数成分に埋め込みを行うと、改変音響信号の通常再生時に雑音が聞こえる可能性が高くなるので、状況に応じ、Ｎ／４より少し高めの周波数成分を下限として改変を行うことが望ましい。

周波数成分改変手段３０が、ステップＳ１４における白色雑音付加を行って改変処理を終えたら、次に、周波数逆変換手段４０が、改変後のスペクトルを周波数逆変換して改変音響フレームを得る処理を行う（ステップＳ１５）。この周波数逆変換は、当然のことながら、周波数変換手段２０が実行した手法に対応していることが必要となる。本実施形態では、周波数変換手段２０において、フーリエ変換を施しているため、周波数逆変換手段４０は、フーリエ逆変換を実行することになる。

具体的には、第１の実施形態と同様、上記〔数式５〕に従った処理を行い、Ｘｌ´（ｉ）、Ｘｒ´（ｉ）を算出する。なお、周波数成分改変手段３０において改変されていない周波数成分については、Ａｌ´（ｊ）、Ｂｌ´（ｊ）、Ａｒ´（ｊ）、Ｂｒ´（ｊ）として、それぞれ元の周波数成分であるＡｌ（ｊ）、Ｂｌ（ｊ）、Ａｒ（ｊ）、Ｂｒ（ｊ）を用いる。

改変音響フレーム出力手段５０は、周波数逆変換手段４０の処理により得られた改変音響フレームを順次出力ファイルに出力する。上記図８のフローチャートに示した処理は、音響信号の全ての音響フレームに対して実行される。このようにして全ての音響フレームに対して処理を行った結果、改変音響フレームの集合である改変音響信号が、改変音響信号記憶部６２に記憶される。本実施形態では、音響信号の先頭から最後まで妨害雑音を埋め込むようにしたが、埋め込む位置を設定して、その範囲にだけ埋め込むようにすることも可能である。

このようにして得られた改変音響信号は、元の音響信号に、妨害雑音が埋め込まれたものとなる。図９は、第２の実施形態による音響信号の変化の様子を示す図である。図９において、図９（ａ）は、元の音響信号、図９（ｂ）は、音響信号に重畳させ、妨害雑音を発生する信号、図９（ｃ）は、改変音響信号、図９（ｄ）は、複製音響信号のスペクトルである。上述のようにして得られた改変音響信号のスペクトルは、図９（ｃ）に示したようなものとなるので、再生した場合、Ｆｓ／２以下の周波数成分が音として発せられる。Ｆｓ／２を人間の可聴域の上限付近に設定しておくことにより、Ｆｓ／４〜Ｆｓ／２の範囲の音も発せられるが、妨害雑音は３・Ｆｓ／８〜Ｆｓ／２という比較的高い範囲に存在し、また、元の音響信号の成分にマスキングされるため、妨害雑音は、人間には聴取されない。

改変音響信号を再生してスピーカから発せられた音を録音するなど改変音響信号に対して何らかの複製手段でサンプリング周波数Ｆｓ／２で再サンプリングし、複製音響信号とした場合について説明する。この場合、改変音響信号の信号成分のうち、ナイキスト周波数Ｆｓ／４を超える高周波の信号成分が、Ｆｓ／４以下の低域信号成分として折り返され重畳される。すなわち、エイリアシングが発生し、周波数Ｆｓ／４〜Ｆｓ／２の信号成分は反転してＦｓ／４以下の周波数帯に重畳される。この結果、複製音響信号のスペクトルは、図９（ｄ）に示したようなものになる。図９（ｄ）の例では、２種のスペクトル成分を重ねて表示しているが、実際には複素ベクトルで加算される。

図９（ｄ）に示すように、複製音響信号では、妨害雑音を発生する信号成分が、複製音響信号のＦｓ／４以下の低域部分に折り返される。このため、図９（ｄ）に示した複製音響信号を再生すると、妨害雑音が原音響信号と共に発せられ、人間の耳に明瞭に聴取されることになる。したがって、複製音響信号を再生しても、鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなるため、複製を抑止することが可能となる。また、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数がＦｓ／２より若干小さくＦｓ／４より大きいＦｓ´の場合でも、同様にエイリアシングが発生し、周波数Ｆｓ´／２〜Ｆｓ´の信号成分は反転してＦｓ´／２以下の周波数帯に重畳される。即ち、図９（ｃ）の右半分より左端が左側にずれて、図９（ｃ）の右半分より帯域幅が狭い信号成分が図９（ｄ）の左半分より右端が左側にずれた位置に折り返される。この複製音響信号を再生すると、妨害雑音が人間の耳に明瞭に聴取されることになる。この場合でも、鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなるという目的は達成できるため、複製を抑止することが可能となる。

更に、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数がＦｓ／４より小さい場合には、顕著なエイリアシングが発生して原音響信号自身の主要信号成分が破壊され鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなる。逆に、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数がＦｓ／２より若干大きく３・Ｆｓ／４より小さいＦｓ´の場合でも、同様にエイリアシングが発生し、周波数Ｆｓ´／２〜Ｆｓ´の信号成分は反転してＦｓ´／２以下の周波数帯に重畳される。即ち、図９（ｃ）の右半分より右端が右側にずれて、図９（ｃ）の右半分より帯域幅が広い信号成分が図９（ｄ）の左半分より右端が右側にずれた位置に折り返される。この複製音響信号を再生すると、妨害雑音が人間の耳に明瞭に聴取されることになる。この場合でも、鑑賞に堪える再生音を得ることができなくなるという目的は達成できるため、複製を抑止することが可能となる。しかし、３・Ｆｓ／４より大きい場合には、エイリアシングが殆ど発生せず、妨害雑音は可聴化されず複製を抑止することはできない。以上のことから、改変音響信号に対して複製する際のサンプリング周波数が３・Ｆｓ／４より小さい場合には、エイリアシングが発生して複製を抑止することが可能となる。

図１０は、第２の実施形態の音響信号に対する妨害雑音の埋め込み装置により、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚの音響信号に妨害雑音を埋め込んだ後の改変音響信号のスペクトルを示す図である。図１０は、ステレオ音響信号についてのものであり、上側がＬチャンネル、下側がＲチャンネルを示している。図１０の例では、サンプリング周波数Ｆｓ＝４４．１ｋＨｚであるので、Ｆｓ・３／８に相当する１６．５ｋＨｚ以下に元の音響信号の成分が存在し、Ｆｓ・３／８に相当する１６．５ｋＨｚ〜Ｆｓ／２に相当する２２ｋＨｚに所定値の信号成分が存在する。なお、図１０では、周波数オフセット整数値αを改変周波数範囲の上限Ｆｓ／２側と下限Ｆｓ・３／８側で異ならせた例を示している。

＜３．変形例等＞
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、商品として一般に流通している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、５．１チャンネルのサラウンド音響信号に対してもＬＦＣを除く５チャンネルの各音響信号に同様な処理を施せば良く、逆に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。

また、上記第１の実施形態では、サンプリング周波数４８ｋＨｚの音響信号をサンプリング周波数９６ｋＨｚの広帯域音響信号に２倍のサンプリング周波数となるようにアップサンプリングするようにしたが、サンプリング周波数４４．１ｋＨｚの音響信号をサンプリング周波数９６ｋＨｚや１９２ｋＨｚの広帯域音響信号にアップサンプリングする等、整数倍に限らず任意の周波数にアップサンプリングしても良い。

１・・・ＣＰＵ
２・・・ＲＡＭ
３・・・記憶装置
４・・・キー入力Ｉ／Ｆ
５・・・データ入出力Ｉ／Ｆ
６・・・表示出力Ｉ／Ｆ
８・・・アップサンプリング手段
１０・・・音響フレーム読込手段
２０・・・周波数変換手段
３０・・・周波数成分改変手段
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・・・改変音響信号記憶部

Claims (5)

1. 時系列のサンプル列で構成されるサンプリング周波数Ｆｓの音響信号に対して、白色雑音で構成される妨害雑音を聴取不能な状態で埋め込む装置であって、
   前記音響信号に対して、サンプリング周波数がＦｓより大きいＦｕｓになるようにアップサンプリングを行い、広帯域音響信号を作成するアップサンプリング手段と、
   前記広帯域音響信号より、所定数のサンプルで構成される音響フレームを読み込む音響フレーム読込手段と、
   前記音響フレームに対して所定の窓関数を用いて周波数変換を行い、複素周波数成分であるスペクトルを得る周波数変換手段と、
   前記スペクトルの信号成分の中で、Ｆｕｓ／４以上、かつＦｕｓ／２以下を改変周波数範囲として、当該改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分に対して、信号の正負に応じて所定値を加算または減算するように改変を加える周波数成分改変手段と、
   前記周波数成分が改変された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、を有し、
   前記周波数成分改変手段は、前記音響フレーム読込手段により読み込まれた音響フレームのうち、１つ置きの音響フレームに対して、処理を行うものであることを特徴とする音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置。
2. 時系列のサンプル列で構成されるサンプリング周波数Ｆｓの音響信号に対して、白色雑音で構成される妨害雑音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、所定数のサンプルで構成される音響フレームを読み込む音響フレーム読込手段と、
   前記音響フレームに対して所定の窓関数を用いて周波数変換を行い、複素周波数成分であるスペクトルを得る周波数変換手段と、
   前記スペクトルの信号成分の中で、Ｆｓ／４以上、かつＦｓ／２以下を改変周波数範囲として、当該改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分に対して、信号の正負に応じて所定値を加算または減算するように改変を加える周波数成分改変手段と、
   前記周波数成分が改変された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、
   を有し、
   前記周波数成分改変手段は、前記音響フレーム読込手段により読み込まれた音響フレームのうち、１つ置きの音響フレームに対して、処理を行うものであることを特徴とする音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記改変周波数範囲に含まれる所定の信号成分は、前記改変周波数範囲の上限、下限から所定の値だけ狭めた範囲の信号成分であることを特徴とする音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項において、
   前記周波数変換手段は、窓幅Ｎサンプルとして、サンプル位置ｉ（０≦ｉ≦Ｎ−１）における重みＷ（ｉ）（０≦Ｗ（ｉ）≦１）が、Ｗ（ｉ）＝０．５−０．５ｃｏｓ（２πｉ／Ｎ）で定義されるハニング窓関数を用いて周波数変換を行うものであることを特徴とする音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の音響信号に対する妨害雑音の埋込み装置として、コンピュータを機能させるためのプログラム。

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