JP6998338B2

JP6998338B2 - 音響信号形成装置、音響受信装置、および音響システム

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Inventors: 啓東; 貴彦伊藤
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Description

本発明は、音響信号を介する情報報通信における、音響信号形成装置、音響受信装置、および音響システムに関する。

音響システムとして、特許文献１に記載の技術が知られている。同特許文献１に記載の音響システムは、埋込情報（同文献では、電子透かし情報）を埋め込んだ音響信号を出力する。検出装置は、音響信号から埋込情報を抽出する。

特開２００３－２６３１８３号公報

ところで、埋込情報が埋め込められる音響信号の信号パターンによって、音響受信装置が埋込情報を精確に抽出できない場合がある。そこで、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる音響信号形成装置、音響受信装置、および音響システムを提供する。

（１）上記課題を解決する音響システムは、音響信号を介して埋込情報を音響受信装置に伝達する音響システムであって、前記音響信号には、長期周期ごとに前記埋込情報が繰り返し埋め込められ、前記音響信号の長期周期に対応する長期時間フレームにおいて、前記埋込情報を構成する複数の単位情報が短期周期ごとに埋め込められ、前記音響システムの音響受信装置では、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第１信号と、前記第１タイミングから前記短期周期の整数倍の時間差を隔てた第２タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第２信号との差である差分信号に基づいて、埋込情報が取得される。この構成によれば、音響信号に定常的に入るノイズを除去できる。これによって、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる。

（２）上記課題を解決する音響受信装置は、音響信号を受信する受信部と、前記音響信号から埋込情報を取り出す抽出部とを備え、前記音響信号には、長期周期ごとに前記埋込情報が繰り返し埋め込められ、前記音響信号の長期周期に対応する長期時間フレームにおいて、前記埋込情報を構成する複数の単位情報が短期周期ごとに埋め込められ、前記抽出部は、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第１信号と、前記第１タイミングから前記短期周期の整数倍の時間差を隔てた第２タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第２信号との差である差分信号に基づいて、前記埋込情報を取り出す。上記構成によれば、音響信号に定常的に入るノイズを除去できる。これによって、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる。

（３）上記課題を解決する音響信号形成装置であって、音声信号を取得する第１取得部と、埋込情報を取得する第２取得部と、音響信号に埋込情報を埋め込むときに用いられる拡散符号を記憶する記憶部と、前記拡散符号に基づいて前記埋込情報を前記音声信号に埋め込む埋込部とを備え、前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに前記音響信号に埋め込み、前記埋込情報を構成する複数の単位情報が埋め込められる時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、前記埋込情報を繰り返し埋め込む。

上記構成によれば、音響信号に埋込情報が周期的に繰り返し埋め込められるため、音響信号を受ける音響受信装置における信号抽出処理において、短期周期だけタイミングをずらせた処理に基づく信号とタイミングをずらせていない処理に基づく信号との差分に基づいて、音響信号から定常的に入るノイズを除去させることが出来る。これによって、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる。

（４）上記音響信号形成装置において、前記埋込情報は、情報を含む実単位情報と、情報を含まないブランク単位情報とを含み、前記実単位情報と前記ブランク単位情報とは時間軸上で交互に埋め込められる。

上記構成によれば、音響信号を受ける音響受信装置における信号抽出処理において、短期周期だけタイミングをずらせた処理に基づく信号とタイミングをずらせていない処理に基づく信号との差分に基づいて、音響信号から定常的に入るノイズを除去させることが出来る。これによって、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる。

（５）上記音響信号形成装置において、前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに前記音響信号に埋め込み、前記複数の単位情報が埋め込められた時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、前記埋込情報の極性を反転させて繰り返し埋め込む。

上記構成によれば、音響信号を受ける音響受信装置における信号抽出処理において、長期周期の半周期だけタイミングをずらせた処理に基づく信号とタイミングをずらせていない処理に基づく信号との差分に基づいて、音響信号から定常的に入るノイズを除去させ、かつ、埋め込まれた情報を強調できる。これによって、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる。

上記音響信号形成装置、音響受信装置、および音響システムは、音響信号に埋め込まれた情報を精確に受信できる。

第１実施形態の音響システムの模式図。埋込情報と提供情報との関係を示す表。音響受信装置のブロック図。音響信号形成装置のブロック図。音響信号の構成を示す図。参考例について、図６（ａ）は、音響信号の構造を示す図、図６（ｂ）は、信号抽出処理によって得られる信号のチャート、図６（ｃ）は、信号抽出処理によって得られる信号について、長期時間フレームごとに重ねられた信号の図。第１実施形態について、図７（ａ）は、音響信号の構造を示す図、図７（ｂ）は、第１タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第１信号のチャートを示すチャート図、図７（ｃ）は、第２タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第２信号のチャートを示すチャート図、図７（ｄ）は、第１信号と第２信号との差である差分信号を示すチャート図。第２実施形態について、図８（ａ）は、音響信号の構造を示す図、図８（ｂ）は、第１タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第１信号のチャートを示すチャート図、図８（ｃ）は、第２タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第２信号のチャートを示すチャート図、図８（ｄ）は、第１信号と第２信号との差である差分信号を示すチャート図。第３実施形態について、図９（ａ）は、音響信号の構造を示す図、図９（ｂ）は、第１タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第１信号のチャートを示すチャート図、図９（ｃ）は、第２タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第２信号のチャートを示すチャート図、図９（ｄ）は、第１信号と第２信号との差である差分信号を示すチャート図。

＜第１実施形態＞
図１～図７を参照して、音響システムについて説明する。
音響システム１は、埋込情報ＳＣを音響信号ＡＳを介して音響受信装置１０に伝達する。図１に示されるように、利用者は、音響受信装置１０（後述参照）によって音響信号ＡＳを受信する。例えば、利用者は、音響受信装置１０によって、駅のスピーカー２ａから放送される音響信号ＡＳを受信する。音響受信装置１０として、例えば、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンが挙げられる。音響受信装置１０は、音響信号ＡＳに埋め込まれた埋込情報ＳＣに基づいて、放送主体が提供する提供情報を取得する。このようにして、音響受信装置１０を利用する利用者は、放送主体が提供する提供情報を受け取ることができる。

放送主体は、例えば、音響信号ＡＳを放送する者もしくは事業者であり、または、音響信号ＡＳの放送を依頼する者もしくは事業者である。放送主体は、音響信号ＡＳを自ら形成する者または事業者であってもよい。放送主体は、音響信号ＡＳを自ら形成する者または事業者でなくてもよい。例えば、放送主体は、店舗を運営する事業者、鉄道等の公共交通機関を運営する事業者、学校等を含む学習施設の事業者または団体、美術館や展示会を運営する事業者、プール等のレジャー施設を運営する事業者、宿泊施設を運営する事業者、災害警報を放送する自治体等である。

提供情報は、放送主体が利用者に提供する情報である。提供情報の保存場所は限定されない。一例では、提供情報は、インターネットＩＮ上のサーバに記憶される。他の例では、提供情報は、音響受信装置１０に記憶される。提供情報の例を次に挙げる。放送主体が店舗を運営する事業者の場合、提供情報は、店舗内の商品の詳細内容である。放送主体が自治体である場合、提供情報は、災害時に避難する場所を示す地図である。放送主体が展示を運営する事業者である場合、提供情報は、展示品の詳細を示す情報である。提供情報は、詳細な情報が保存されている場所を示すリンク情報（例えば、ＵＲＬ：Uniform Resource Locator）であってもよい。本実施形態では、提供情報は、インターネットＩＮ上のＵＲＬとして提供される（図２参照）。

音響信号ＡＳは、可聴域の周波数を含む音波である。音響信号ＡＳには、埋込情報ＳＣが電子透かしによって埋め込められる。音響信号ＡＳは、放送装置から放送される。音響信号ＡＳの例として、アナウンス、警報、一般用または視力障害者用の音サイン、ＢＧＭ（バックグラウンドミュージック）、美術館や展示会において出力される説明の音声、番組の放送が挙げられる。

埋込情報ＳＣは、提供情報に対応付けられる情報である。埋込情報ＳＣは、拡散符号に基づいて音響信号ＡＳに埋め込められる。
図２に示されるように、本実施形態では、埋込情報ＳＣは、放送主体が提供する提供情報とリンクづける識別情報である。埋込情報ＳＣとしての識別情報と提供情報とは一対一で対応付けられる。

拡散符号は、埋込情報ＳＣを音響信号ＡＳに埋め込むときに使われる符号である。埋込情報ＳＣは、エコー拡散法によって音響信号ＡＳに埋め込められる。拡散符号は、埋込情報ＳＣが埋め込められた音響信号ＡＳから、埋込情報ＳＣを取り出す際にも用いられる。埋込情報ＳＣが埋め込められた音響信号ＡＳから埋込情報ＳＣを取り出すときには、音響信号ＡＳに埋込情報ＳＣを埋め込む際に用いられる拡散符号と同一の拡散符号が用いられる。

図３を参照して、音響受信装置１０について説明する。
音響受信装置１０は、音響信号ＡＳを受信する受信部１１と、音響信号ＡＳから埋込情報ＳＣを取り出す抽出部１２と、記憶部１３とを備える。

記憶部１３は、拡散符号を記憶する。また、記憶部１３は、参照表（図２参照）を記憶する。参照表は、埋込情報ＳＣと提供情報とを対応付ける表である。好ましくは、音響受信装置１０は、さらに情報取得部１４を備える。

抽出部１２は、埋込情報ＳＣが埋め込められた音響信号ＡＳから拡散符号に基づいて埋込情報ＳＣを取り出す。
抽出部１２は、音響受信装置１０にインストールされる復号アプリケーションと、音響受信装置１０の演算装置とによって構成される。復号アプリケーションは、拡散符号に基づいて音響信号ＡＳから埋込情報ＳＣを取り出す。エコー拡散法によって埋込情報ＳＣが埋め込まれている場合、デコード部は、音響信号ＡＳをケプストラム変換し、ケプストラム変換後の信号と拡散符号との相関とを取ることによって、埋込情報ＳＣを取り出す。

情報取得部１４は、図２に示される参照表を参照して埋込情報ＳＣに対応付けられる提供情報を取得する。具体的には、情報取得部１４は、情報取得アプリケーションと、音響受信装置１０の演算装置とによって構成される。情報取得アプリケーションは、参照表から埋込情報ＳＣに対応する提供情報を取得する。

参照表の一例を挙げる。災害警報として複数の音響信号ＡＳ（例えば、津波警報、波浪警報、地震警報）があり、災害それぞれに対して提供情報（例えば、各災害に対応する避難場所を示すＵＲＬ）が設定される場合、音響信号ＡＳと埋込情報ＳＣとしての識別番号と提供情報はと次のように関係づけられる。音響信号ＡＳそれぞれに異なる埋込情報ＳＣ（識別番号）が埋め込められる。埋込情報ＳＣとしての識別番号と提供情報とは参照表によって対応付けられる。この構成によって、各種の音響信号ＡＳのそれぞれは、埋込情報ＳＣを介して、提供情報と対応づけられる。このような構成によれば、利用者は、音響受信装置１０によって、災害警報を受信することによって、当該災害に応じた適切な避難場所をインターネットＩＮ上のＵＲＬのページにおいて確認できる。

図４を参照して、音響信号形成装置２０について説明する。
音響信号形成装置２０は、上述の音響システム１において用いられる音響信号ＡＳを形成する。音響信号ＡＳは、拡散符号に基づいて埋込情報ＳＣが埋め込まれている信号である。一例では、音響信号形成装置２０は、音響信号ＡＳを音ファイルとして他の装置に出力する装置として構成される。他の例では、音響信号形成装置２０は、音響信号ＡＳを音波として出力する装置に内蔵される。例えば、音響信号形成装置２０は、放送装置内に内蔵される。

音響信号形成装置２０は、音声信号ＢＳを取得する第１取得部２１と、埋込情報ＳＣを取得する第２取得部２２と、拡散符号を記憶する記憶部２３と、拡散符号に基づいて埋込情報ＳＣを音声信号ＢＳに埋め込む埋込部２４とを備える。

埋込部２４は、音響信号形成装置２０にインストールされる埋込アプリケーションと、音響信号形成装置２０の演算装置とによって構成される。埋込アプリケーションは、拡散符号に基づいて音声信号ＢＳに埋込情報ＳＣを埋め込む。埋込アプリケーションは、エコー拡散法によって埋込情報ＳＣを埋め込む。

拡散符号は、どのような符号であってもよい。例えば、拡散符号として、ＰＮ系列が用いられる。ＰＮ系列とは、Pseudo Noise Seq-uences：疑似雑音系列と呼ばれる系列である。

図５を参照して、音響信号ＡＳの構造を説明する。
埋込情報ＳＣは、複数の単位情報から構成される。例えば、埋込情報ＳＣは、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」によって構成される。一例では、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」は、２ビットで表される識別情報に対応付けられる。単位情報「Ａ」は、「００」に対応する情報であり、単位情報「Ｂ」は、「０１」に対応する情報であり、単位情報「Ｃ」は、「１０」に対応する情報であり、単位情報「Ｄ」は、「１１」に対応する情報である。

単位情報の埋め込み時においては、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」は、拡散符号に基づいて時間的に拡散された信号（以下、「拡散信号」）に変換されて、拡散信号が音声信号ＢＳに畳み込まれる。

埋込情報ＳＣの単位情報は、１つずつ、短期周期ごとに音声信号ＢＳに埋め込められる。本実施形態では、音響信号ＡＳにおいて、短期周期に対応するフレームを「短期時間フレームＦＡ」という。

埋込情報ＳＣは、埋込情報ＳＣを構成する複数の単位情報が埋め込められる時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、繰り返し埋め込められる。本実施形態では、音響信号ＡＳにおいて、長期周期に対応するフレームを「長期時間フレームＦＢ」という。長期時間フレームＦＢの時間は、埋込情報ＳＣを構成する単位情報の個数と、短期時間フレームＦＡの時間とを掛け合わせた時間と等しい。

図６を参照して、音響信号ＡＳから埋込情報ＳＣの取出方法に関して、本実施形態の取出方法と比較される参考例の取出方法を説明する。図６（ａ）は、音響信号ＡＳの構造を示す。図６（ｂ）は、信号抽出処理によって得られる信号のチャートを示す。図６（ｃ）は、信号抽出処理によって得られる信号について、長期時間フレームＦＢごとに重ねられた信号を示す。

音響受信装置１０の抽出部１２は、埋込情報ＳＣの取り出しにおいて、上述のように、音響信号ＡＳをケプストラム変換し、ケプストラム変換後の信号と拡散符号との相関とを取ることによって、埋込情報ＳＣを取り出す。以下において、ケプストラム変換後の信号と拡散符号との相関とを取ることを「信号抽出処理」という。

具体的には、抽出部１２は、ケプストラム変換後の信号に対して、短期時間フレームＦＡの時間を正の整数（例えば、「４」）でわった周期（図７の符号Ｓ参照）ごとに信号抽出処理を行う。このような信号抽出処理を行うと、短期時間フレームＦＡごとに、相関ピークＰＫを有する信号ＳＸが得られる（図６（ｂ）参照）。短期時間フレームＦＡにおける相関ピークＰＫの位置は、単位情報に対応するものであるため、短期時間フレームＦＡにおける相関ピークＰＫの位置を検出することによって、単位情報を取得できる。図６（ｂ）において、相関ピークＰＫ（Ａ）～相関ピークＰＫ（Ｄ）は、それぞれ、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」に対応する。

図６（ｃ）に示されるように、抽出部１２は、信号抽出処理によって得られる信号ＳＸを、長期時間フレームＦＢごとに重ね合わせる。これによって、長期時間フレームＦＢ内において同じ情報を含む単位情報同士が重ねられる。これによって、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」それぞれの相関ピークＰＫが強調される一方で、ノイズが打ち消される。このようにして、相関ピークＰＫの位置を精確に検出できる。

ところで、埋込情報ＳＣが埋め込められる音声信号ＢＳに、拡散符号と相関するエコー成分が含まれる場合がある。エコー成分は、音声信号ＢＳに元々に含まれるインパルス応答信号の一種である。例えば、弦楽器やピアノから出される音を含む音声信号ＢＳ、音がよく響くホールにおいて録音され音データを含む音声信号ＢＳ、ビブラードが効いた声の音を含む音声信号ＢＳに、拡散符号と相関するエコー成分が含まれることがある。エコー成分は、音響信号ＡＳに繰り返し現れる。エコー成分の周期が、偶然に信号抽出処理の周期と一致し、かつ、偶然に拡散符号と相関するような場合には、信号抽出処理によって、単位情報の相関ピークＰＫとともにエコー成分の相関ピーク（以下、「相関ピークＰＥ」）が検出される（図６（ｂ）参照）。エコー成分の相関ピークＰＥが、相関ピークＰＫ（Ａ）～相関ピークＰＫ（Ｄ）のいずれかの位置と同じ位置に、または、当該位置と近い位置に検出されることがある。この場合、抽出部１２は、エコー成分に基づく相関ピークＰＥに基づいて、誤った単位情報を特定する虞がある。この結果、音響受信装置１０は、本来の埋込情報ＳＣとは別の誤った埋込情報ＳＣを取得して、利用者に、誤った情報を提供する虞が生じる。

図７を参照して、本実施形態に係る埋込情報ＳＣの取出方法を説明する。図７（ａ）は、音響信号ＡＳの構造を示す。図７（ｂ）は、第１タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第１信号ＳＸ１のチャートを示す。図７（ｃ）は、第２タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第２信号ＳＸ２のチャートを示す。図７（ｄ）は、第１信号ＳＸ１と第２信号ＳＸ２との差である差分信号を示す。

抽出部１２は、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって音響信号ＡＳに埋め込められた情報として第１信号ＳＸ１を取得する。具体的には、抽出部１２は、第１タイミングを起点としてケプストラム変換後の信号に対して拡散符号を用いて信号抽出処理を行うことによって、第１信号ＳＸ１を取得する。第１信号ＳＸ１には、単位情報が埋め込まれている短期時間フレームＦＡごとに、相関ピークＰＫが現れる。

また、抽出部１２は、第２タイミングから信号抽出処理を行うことによって音響信号ＡＳに埋め込められた情報として第２信号ＳＸ２を取得する。具体的には、抽出部１２は、第２タイミングを起点としてケプストラム変換後の信号に対して拡散符号を用いて信号抽出処理を行うことによって、第２信号ＳＸ２を取得する。第２信号ＳＸ２には、単位情報が埋め込まれている短期時間フレームＦＡごとに、相関ピークＰＫが現れる。

第２タイミングは、第１タイミングから短期周期の整数倍の時間差を隔てたタイミングである。本実施形態では、第２タイミングは、第１タイミングから短期時間フレームＦＡ分の時間（１短期周期）だけ遅れた時刻である。

図７（ｄ）に示されるように、抽出部１２は、第１信号ＳＸ１と、第２信号ＳＸ２との差である差分信号を取る。このような差分をとることによって、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」それぞれの相関ピークＰＫが残される一方で、ノイズおよびエコー成分に基づく相関ピークＰＥが打ち消される。

抽出部１２は、次のように、差分信号から埋込情報ＳＣを取得する。抽出部１２は、差分信号を、長期時間フレームＦＢごとに重ね合わせる。これによって、単位情報「Ａ」～単位情報「Ｄ」それぞれの相関ピークＰＫが強調される。差分信号では、相関ピークＰＫは、プラス側とマイナス側とに出る。マイナス側の相関ピークＰＫは、プラス側の相関ピークＰＫよりも１短期周期分だけ時間がずれる。抽出部１２は、プラス側またはマイナス側の相関ピークＰＫの位置を短期時間フレームＦＡごとに検出することによって、単位情報を順に特定する。

本実施形態の作用を説明する。
埋込情報ＳＣの検出精度を高めるために、音響信号ＡＳには、埋込情報ＳＣが周期的に繰り返し埋め込められる。音響信号ＡＳから周期的に取り出される信号の重ね合わせによって、ノイズが除去されて人工的に埋め込められた信号が強調されるようになり、埋込情報ＳＣの検出が可能になる。しかし、上述のように、音響信号ＡＳにエコー成分が周期的に含まれる場合、音響信号ＡＳのケプストラム変換後の信号に対して拡散符号を用いて信号抽出処理を行うと、単位情報の相関ピークＰＫとともにエコー成分の相関ピークＰＥが検出される場合がある。

これに対して、抽出部１２は、音響信号ＡＳから、時間をずらせた２つのタイミングで信号を取得し、両信号の差分を取る。２つのタイミングの時間差は、単位情報が埋め込められる単位時間である短期時間フレームＦＡの時間の整数倍に等しい。このような構成によって、短期時間フレームＦＡごとに現れるようなエコー成分の相関ピークＰＥを除去できる。

（１）音響システム１は、音響信号ＡＳを介して埋込情報ＳＣを音響受信装置１０に伝達する。音響信号ＡＳには、長期周期ごとに埋込情報ＳＣが繰り返し埋め込められる。音響信号ＡＳの長期周期に対応する長期時間フレームＦＢにおいて、埋込情報ＳＣを構成する複数の単位情報が短期周期ごとに埋め込められる。音響受信装置１０では、第１信号ＳＸ１と、第２信号ＳＸ２との差である差分信号に基づいて、埋込情報ＳＣが取得される。ここで、第１信号ＳＸ１は、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって音響信号ＡＳに埋め込められた情報として取得される。第２信号ＳＸ２は、第１タイミングから短期周期の整数倍の時間差を隔てた第２タイミングから信号抽出処理を行うことによって音響信号ＡＳに埋め込められた情報として取得される。

この構成によれば、音響信号ＡＳに定常的に入るノイズを除去できる。特に、短期周期で入るノイズが除去される。これによって、音響信号ＡＳに埋め込まれた情報を精確に受信できる。

（２）音響受信装置１０は、抽出部１２を備える。音響受信装置１０は、少なくとも次の音響信号ＡＳを受信可能であり、好ましくは、情報が埋め込まれていない音響信号ＡＳも受信する。音響受信装置１０が受信する音響信号ＡＳには、長期周期ごとに埋込情報ＳＣが繰り返し埋め込められる。音響信号ＡＳの長期周期に対応する長期時間フレームＦＢにおいて、埋込情報ＳＣを構成する複数の単位情報が短期周期ごとに埋め込められる。抽出部１２は、第１信号ＳＸ１と、第２信号ＳＸ２との差である差分信号に基づいて、埋込情報ＳＣを取り出す。この構成によれば、音響信号ＡＳに定常的に入るノイズを除去できる。これによって、音響信号ＡＳに埋め込まれた情報を精確に受信できる。

（３）音響信号形成装置２０は、埋込部２４を備える。埋込部２４は、埋込情報ＳＣを構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに音響信号ＡＳに埋め込む。埋込部２４は、埋込情報ＳＣを構成する複数の短期時間フレームＦＡを１周期とする長期周期ごとに、埋込情報ＳＣを繰り返し埋め込む。

この構成によれば、音響信号ＡＳに埋込情報ＳＣが周期的に繰り返し埋め込められるため、音響信号ＡＳを受ける音響受信装置１０における信号抽出処理において、短期周期だけタイミングをずらせた処理に基づく信号とタイミングをずらせていない処理に基づく信号との差分に基づいて、音響信号ＡＳから定常的に入るノイズを除去させることが出来る。これによって、音響信号ＡＳに埋め込まれた情報を精確に受信できる。

＜第２実施形態＞
図８を参照して、第２実施形態に係る音響システム１について説明する。
本実施形態に係る音響システム１では、音響信号ＡＳの構造、および、埋込情報ＳＣの取出方法の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態において、第１実施形態と共通する構成については、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図８（ａ）は、音響信号ＡＳの構造を示す。図８（ｂ）は、第１タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第１信号ＳＸ１のチャートを示す。図８（ｃ）は、第２タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第２信号ＳＸ２のチャートを示す。図８（ｄ）は、第１信号ＳＸ１と第２信号ＳＸ２との差である差分信号を示す。

図８（ａ）を参照して、音響信号形成装置２０が形成する音響信号ＡＳの構造を説明する。埋込情報ＳＣは、複数の単位情報から構成される。複数の単位情報のうちの半数の単位情報は、情報が含まれる情報含有の単位情報（以下、「実単位情報」）であり、残りの半数の単位情報は、情報を含まない単位情報（以下、「ブランク単位情報」）である。音響信号ＡＳにおいて、ブランク単位情報は、情報含有の実単位情報の間に埋め込められる。すなわち、実単位情報とブランク単位情報とは時間軸上で交互に埋め込められる。例えば、埋込情報ＳＣは、実単位情報として単位情報「Ａ」と単位情報「Ｂ」と、２つのブランク単位情報とによって構成される。

図８（ｂ）～図８（ｄ）を参照して、埋込情報ＳＣの取出方法を説明する。
抽出部１２は、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって音響信号ＡＳに埋め込められた情報として第１信号ＳＸ１を取得する。具体的には、抽出部１２は、第１タイミングを起点としてケプストラム変換後の信号に対して拡散符号を用いて信号抽出処理を行うことによって、第１信号ＳＸ１を取得する。第１信号ＳＸ１には、単位情報が埋め込まれている短期時間フレームＦＡごとに、相関ピークＰＫが現れる。

図８（ｄ）に示されるように、抽出部１２は、第１信号ＳＸ１と、第２信号ＳＸ２との差である差分信号を取る。このような差分をとることによって、第１信号ＳＸ１に基づく単位情報「Ａ」および単位情報「Ｂ」それぞれの相関ピークＰＫが残される。また、第２信号ＳＸ２に基づく単位情報「Ａ」および単位情報「Ｂ」それぞれの相関ピークＰＫが反転された状態で残される。これに対して、ノイズおよびエコー成分に基づく相関ピークＰＥが打ち消される。

抽出部１２は、次のように、差分信号から埋込情報ＳＣを取得する。抽出部１２は、差分信号を、長期時間フレームＦＢごとに重ね合わせる。これによって、単位情報「Ａ」および単位情報「Ｂ」それぞれの相関ピークＰＫが強調される。差分信号では、相関ピークＰＫは、プラス側とマイナス側とに出る。マイナス側の相関ピークＰＫは、プラス側の相関ピークＰＫよりも１短期周期分だけ時間がずれる。抽出部１２は、プラス側またはマイナス側の相関ピークＰＫの位置を短期時間フレームＦＡごとに検出することによって、単位情報を順に特定する。

本実施形態の効果を説明する。
埋込情報ＳＣは次の構造を有する。埋込情報ＳＣは、情報を含む実単位情報と、情報を含まないブランク単位情報とを含む。実単位情報とブランク単位情報とは、音声信号ＢＳに時間軸上で交互に埋め込められる。

この構成によれば、音響信号ＡＳを受ける音響受信装置１０における信号抽出処理において、短期周期だけタイミングをずらせた処理に基づく信号とタイミングをずらせていない処理に基づく信号との差分に基づいて、音響信号ＡＳから定常的に入るノイズを除去させることが出来る。これによって、音響信号ＡＳに埋め込まれた情報を精確に受信できる。

＜第３実施形態＞
図９を参照して、第３実施形態に係る音響システム１について説明する。
本実施形態に係る音響システム１では、音響信号ＡＳの構造、および、埋込情報ＳＣの取出方法の構成が第１実施形態と異なる。本実施形態において、第１実施形態と共通する構成については、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図９（ａ）は、音響信号ＡＳの構造を示す。図９（ｂ）は、第１タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第１信号ＳＸ１のチャートを示す。図９（ｃ）は、第２タイミングを起点とする信号抽出処理によって得られる第２信号ＳＸ２のチャートを示す。図９（ｄ）は、第１信号ＳＸ１と第２信号ＳＸ２との差である差分信号を示す。

図９（ａ）を参照して、音響信号形成装置２０が形成する音響信号ＡＳの構造を説明する。埋込情報ＳＣは、複数の単位情報から構成される。複数の単位情報のうち半数の単位情報は、情報が含まれる情報含有の単位情報であり、残りの半数は、情報含有の単位情報の極性を反転させた単位情報である。ここで、極性は、音響信号ＡＳに畳み込まれる拡散信号の振幅の正負方向を示す。極性が反転された拡散信号が畳み込まれた信号を拡散符号によって信号抽出処理を行ったときの相関ピークＰＫの極性は、極性が反転される前の拡散信号が畳み込まれた信号を拡散符号によって信号抽出処理を行ったときの相関ピークＰＫの極性の反対である。

音響信号ＡＳにおいて、極性を反転させた単位情報は、時間軸上で、情報含有の単位情報の後または先に埋め込められる。例えば、埋込情報ＳＣは、単位情報「Ａ」と、単位情報「Ｂ」と、単位情報「Ａ」の極性を反転させた情報である単位情報「Ａ（－）」と、単位情報「Ｂ」の極性を反転させた情報である単位情報「Ｂ（－）」とによって構成される。

図９（ｂ）～図９（ｄ）を参照して、埋込情報ＳＣの取出方法を説明する。
抽出部１２は、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって音響信号ＡＳに埋め込められた情報として第１信号ＳＸ１を取得する。具体的には、抽出部１２は、第１タイミングを起点としてケプストラム変換後の信号に対して拡散符号を用いて信号抽出処理を行うことによって、第１信号ＳＸ１を取得する。第１信号ＳＸ１には、単位情報が埋め込まれている短期時間フレームＦＡごとに、相関ピークＰＫが現れる。

第２タイミングは、第１タイミングから短期周期の整数倍の時間差を隔てたタイミングである。本実施形態では、第２タイミングは、第１タイミングから２個の短期時間フレームＦＡ分の時間（すなわち、長期周期の半周期）だけ遅れた時刻である。

図９（ｄ）に示されるように、抽出部１２は、第１信号ＳＸ１と、第２信号ＳＸ２との差である差分信号を取る。このような差分をとることによって、単位情報「Ａ」、単位情報「Ｂ」、単位情報「Ａ（－）」、および単位情報「Ｂ（－）」が強調される一方で、ノイズおよびエコー成分に基づく相関ピークＰＥが打ち消される。

抽出部１２は、次のように、差分信号から埋込情報ＳＣを取得する。抽出部１２は、差分信号を、長期時間フレームＦＢごとに重ね合わせる。これによって、単位情報「Ａ」、単位情報「Ｂ」、単位情報「Ａ（－）」、および単位情報「Ｂ（－）」それぞれの相関ピークＰＫがさらに強調される。差分信号では、相関ピークＰＫは、プラス側とマイナス側とに出る。マイナス側の相関ピークＰＫは、プラス側の相関ピークＰＫよりも長期周期の半周期だけがずれる。抽出部１２は、プラス側またはマイナス側の相関ピークＰＫの位置を短期時間フレームＦＡごとに検出することによって、単位情報を順に特定する。

本実施形態の効果を説明する。
音響信号形成装置２０において、埋込部２４は、埋込情報ＳＣを構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに音響信号ＡＳに埋め込む。埋込部２４は、複数の単位情報が埋め込められた時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、埋込情報ＳＣの極性を反転させて繰り返し埋め込む。

この構成によれば、音響信号ＡＳを受ける音響受信装置１０における信号抽出処理において、長期周期の半周期だけタイミングをずらせた処理に基づく信号とタイミングをずらせていない処理に基づく信号との差分に基づいて、音響信号ＡＳから定常的に入るノイズを除去させ、かつ、埋め込まれた情報を強調できる。これによって、音響信号ＡＳに埋め込まれた情報を精確に受信できる。

＜その他の実施形態＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・本実施形態に示される埋込情報ＳＣの埋込構造は、情報が繰り返し送られる情報伝達方法に適用可能である。エコー法によって音響信号ＡＳに埋込情報ＳＣが埋め込まれる場合にも、本技術を適用できる。

ＡＳ…音響信号、ＢＳ…音声信号、ＦＡ…短期時間フレーム、ＦＢ…長期時間フレーム、ＩＮ…インターネット、ＰＥ…相関ピーク、ＰＫ…相関ピーク、ＳＣ…埋込情報、ＳＸ…信号、ＳＸ１…第１信号、ＳＸ２…第２信号、１…音響システム、２ａ…スピーカー、１０…音響受信装置、１１…受信部、１２…抽出部、１３…記憶部、１４…情報取得部、２０…音響信号形成装置、２１…第１取得部、２２…第２取得部、２３…記憶部、２４…埋込部。

Claims

音響信号を介して埋込情報を音響受信装置に伝達する音響システムであって、
前記音響信号には、長期周期ごとに前記埋込情報が繰り返し埋め込められ、
前記音響信号の長期周期に対応する長期時間フレームにおいて、前記埋込情報を構成する複数の単位情報は、短期周期ごとに埋め込められ、かつ、前記埋込情報は、前記埋込情報が信号抽出されたときに、複数の前記長期時間フレームにわたってプラス側およびマイナス側の一方側にピークがでるように埋め込められ、
前記音響システムの音響受信装置では、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第１信号と、前記第１タイミングから前記短期周期の整数倍の時間差を隔てた第２タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第２信号との差である差分信号のうちで、プラス側に出るピークおよびマイナス側にでるピークのいずれか一方のピークに基づいて、前記埋込情報が取得される、
音響システム。
音響信号を受信する受信部と、前記音響信号から埋込情報を取り出す抽出部とを備え、
前記音響信号には、長期周期ごとに前記埋込情報が繰り返し埋め込められ、
前記音響信号の長期周期に対応する長期時間フレームにおいて、前記埋込情報を構成する複数の単位情報は、短期周期ごとに埋め込められ、かつ、前記埋込情報は、前記埋込情報が信号抽出されたときに、複数の前記長期時間フレームにわたってプラス側およびマイナス側の一方側にピークがでるように埋め込められ、
前記抽出部は、第１タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第１信号と、前記第１タイミングから前記短期周期の整数倍の時間差を隔てた第２タイミングから信号抽出処理を行うことによって前記音響信号に埋め込められた情報として取得される第２信号との差である差分信号のうちで、プラス側に出るピークおよびマイナス側にでるピークのいずれか一方のピークに基づいて、前記埋込情報を取り出す、
音響受信装置。
音声信号に基づいて音響信号を形成する音響信号形成装置であって、
前記音声信号を取得する第１取得部と、埋込情報を取得する第２取得部と、前記音声信号に前記埋込情報を埋め込むときに用いられる拡散符号を記憶する記憶部と、前記拡散符号に基づいて前記埋込情報を前記音声信号に埋め込む埋込部とを備え、
前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに前記音声信号に埋め込み、前記埋込情報を構成する複数の単位情報が埋め込められる時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、前記埋込情報を繰り返し埋め込み、
前記長期周期は、前記埋込情報を構成する単位情報の個数と、前記短期周期とを掛け合わせた時間と等しい
音響信号形成装置。
前記埋込情報は、情報を含む実単位情報と、情報を含まないブランク単位情報とを含み、前記実単位情報と前記ブランク単位情報とは時間軸上で交互に埋め込められる
請求項３に記載の音響信号形成装置。
前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ前記短期周期ごとに前記音声信号に埋め込み、前記複数の単位情報が埋め込められた時間フレームを１周期とする前記長期周期ごとに、前記埋込情報の極性を反転させて繰り返し埋め込む
請求項３に記載の音響信号形成装置。
音声信号に基づいて音響信号を形成する音響信号形成装置であって、
前記音声信号を取得する第１取得部と、埋込情報を取得する第２取得部と、前記音声信号に前記埋込情報を埋め込むときに用いられる拡散符号を記憶する記憶部と、前記拡散符号に基づいて前記埋込情報を前記音声信号に埋め込む埋込部とを備え、
前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに前記音声信号に埋め込み、前記埋込情報を構成する複数の単位情報が埋め込められる時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、前記埋込情報を繰り返し埋め込み、
前記埋込情報は、情報を含む実単位情報と、情報を含まないブランク単位情報とを含み、前記実単位情報と前記ブランク単位情報とは時間軸上で交互に埋め込められる
音響信号形成装置。
音声信号に基づいて音響信号を形成する音響信号形成装置であって、
前記音声信号を取得する第１取得部と、埋込情報を取得する第２取得部と、前記音声信号に前記埋込情報を埋め込むときに用いられる拡散符号を記憶する記憶部と、前記拡散符号に基づいて前記埋込情報を前記音声信号に埋め込む埋込部とを備え、
前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ短期周期ごとに前記音声信号に埋め込み、前記埋込情報を構成する複数の単位情報が埋め込められる時間フレームを１周期とする長期周期ごとに、前記埋込情報を繰り返し埋め込み、
前記埋込部は、前記埋込情報を構成する複数の単位情報を１つずつ前記短期周期ごとに前記音声信号に埋め込み、前記複数の単位情報が埋め込められた時間フレームを１周期とする前記長期周期ごとに、前記埋込情報の極性を反転させて繰り返し埋め込む
音響信号形成装置。