JP7325378B2 - 放音装置、音形成プログラムおよび音形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、放音装置、音形成プログラムおよび音形成方法に関する。

放音装置として特許文献１に記載の技術が知られている。同文献の放音装置は、情報を原音信号（同文献では、「音響信号」）に繰り返し埋め込み、透かし音を形成する。

特開２０１８－１５７３２９号公報

ところで、情報を埋め込むベースとなる原音信号は、放送の目的によって様々である。原音信号に、無音部があると、その無音部には情報を埋め込むことが出来ない。この場合、単位時間に伝達できる情報量が少なくなる。そこで、透かし音に埋め込められる情報量を増大できる放音装置、音形成プログラムおよび音形成方法を提供する。

（１）上記課題を解決する放音装置は、透かし音を形成する音形成部と、少なくとも前記透かし音を放音する放音部とを備え、前記音形成部は、原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工部と、前記音加工部によって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込部とを備える。この構成によれば、原音信号において無音部を少なくできるため、透かし音に埋め込められる情報量を増大できる。

（２）上記放音装置において、前記音加工部は、前記原音信号の全体にわたって付加音を重畳する。この構成によれば、簡単に加工音信号を形成できる。

（３）上記放音装置において、前記音加工部は、前記原音信号の無音部の少なくとも一部に付加音を重畳する。この構成によれば、原音信号の変更部分を少なくでき、音質の劣化を抑制できる。

（４）上記放音装置において、前記音加工部は、前記放音部の周囲の暗騒音の大きさに応じて、前記原音信号に加える前記付加音の強度を大きくする。この構成によれば、暗騒音が大きい場合、埋込情報を取り出し易くできる。また、暗騒音が小さい場合、付加音の強度が小さいため、透かし音を聞き取り易くできる。

（５）上記放音装置において、前記付加音は、低周波数から高周波数にわたって強度が平坦である音、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次増大する音、および、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次減少する音、のいずれか１つである。この構成によれば、加工音信号において、付加音を目立たなくすることが出来る。

（６）上記放音装置において、前記付加音は、ノイズ音である。この構成によれば、簡単に透かし音を形成できる。

（７）上記放音装置において、前記付加音は、無音部がない音楽である。この構成によれば、違和感が少ない透かし音を形成できる。

（８）上記放音装置において、前記原音信号は音声を含み、前記音加工部は、前記無音部の直前の母音の音声時間を長くする。この構成によれば、雑音が少ない透かし音を形成できる。

（９）上記課題を解決する音形成プログラムは、コンピュータに透かし音を形成させる音形成プログラムであって、原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工ステップと、前記音加工ステップによって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込ステップと、を含む。この構成によれば、原音信号において無音部を少なくできるため、透かし音において、原音信号に埋め込められる情報量を増大できる。

（１０）上記課題を解決する音形成方法は、透かし音を形成する音形成方法であって、原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工ステップと、前記音加工ステップによって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込ステップと、を含む。この構成によれば、原音信号において無音部を少なくできるため、透かし音において、原音信号に埋め込められる情報量を増大できる。

放音装置、音形成プログラムおよび音形成方法によれば、透かし音に埋め込められる情報量を増大できる。

放音装置を含む音響通信システムの一例の模式図。 機器としての携帯端末の模式図。 原音信号の波形の模式図。 第１例の加工音信号の波形の模式図。 第２例の加工音信号の波形の模式図。 放音装置の変形例の模式図。 第３例の加工音信号の波形の模式図。

図１～図７を参照して、放音装置について説明する。図１は、放音装置を含む音響通信システムの一例である。
放音装置１０は、少なくとも透かし音を放音する。好ましくは、放音装置１０は、非透かし音を放音する。透かし音は、情報が埋め込まれている音である。非透かし音は、情報が埋め込まれていない音である。放音装置１０の具体例として、放送装置が含まれる。放音装置１０は、例えば、駅のホーム、駅構内、地下街、公共施設、および、店舗に設置される。透かし音は、受信装置を備えた機器２１によって受信される。機器２１の例として、サイネージ３１、携帯端末３５、照明、等が挙げられる。

放音装置１０の他の例として、インターホン、音声または機械音を発する家電、音声または機械音を発する産業機器が挙げられる。インターホンが放音する透かし音を受信する機器の例として、照明が挙げられる。家電が放音する透かし音を受信する機器の例として、携帯端末が挙げられる。

図１に示されるように、機器２１は、受信装置２２と、抽出装置２３と、制御装置２４と、動作部２５とを備える。
受信装置２２は、少なくとも透かし音を受信する。例えば、受信装置２２は、マイクロホンによって構成される。受信装置２２は、動作部２５の近くに配置されてもよく、動作部２５から離れた場所に配置されてもよい。受信装置２２は、少なくとも放音装置１０から出される音を受音できる場所に配置される。受信装置２２は、受信した音を抽出装置２３に出力する。

抽出装置２３は、透かし音から埋込情報を抽出する。抽出装置２３は、埋め込み方法に対応する方法によって透かし音から埋込情報を抽出する。抽出装置２３は、埋込情報を抽出するとき、埋め込み時に使用された拡散符号と同じ拡散符号を使用する。拡散符号は、公開されてもよいし、また、秘匿管理されてもよい。拡散符号は、抽出装置２３の記憶部に記憶されていることが好ましい。抽出装置２３は、透かし音から埋込情報を抽出する計算プログラムと、計算プログラムを実行するプロセッサと、計算プログラムおよび拡散符号を記憶する記憶媒体とによって構成される。例えば、プロセッサは、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）またはＣＰＵ（Central Processing Unit）である。抽出装置２３は、埋込情報の抽出に特化した回路によって構成されてもよい。抽出装置２３は、埋込情報を抽出するとき、抽出した埋込情報を制御装置２４に出力する。

制御装置２４は、埋込情報に対応づけられる制御信号を動作部２５に出力する。制御装置２４は、複数の制御信号を記憶する。制御信号は、制御装置２４の制御対象である動作部２５を所定の動作態様で動作させるための指令信号である。

図１を参照して、機器２１の一例としてサイネージ３１を説明する。サイネージ３１は、受信装置２２と、抽出装置２３と、制御装置２４と、動作部２５としての表示部３２とを備える。表示部３２は、制御装置２４から出される制御信号に基づいて動作し、制御信号に応じた情報を表示画面に表示する。

図２を参照して、機器２１の他の例として携帯端末３５を説明する。携帯端末３５は、受信装置２２と、抽出装置２３と、制御装置２４と、動作部２５としての表示部３６を備える。制御装置２４は、ネットワークＮ上のサーバ３９に記憶されているテーブルを参照して、埋込情報に対応づけられる制御信号を特定し、特定した制御信号を表示部３６に出力する。表示部３６は、制御装置２４から出される制御信号に基づいて動作し、制御信号に応じた情報を表示画面に表示する。
放音装置１０は、音形成部１１と、音出力部１２と、放音部１３とを備える。

放音装置１０は、音をデジタル信号またはアナログ信号として記憶する記憶部１６を有することが好ましい。記憶部１６は、透かし音、原音信号ＳＡ、および、非透かし音を記憶する。非透かし音の例として、音楽、アナウンス、警報音、および、放送番組が挙げられる。音出力部１２は、音形成部１１によって形成された透かし音、または、記憶部１６に蓄積されている非透かし音を放音部１３に出力する。放音部１３は、少なくとも透かし音を空間に放音する。放音部１３は、非透かし音を放音してもよい。放音部１３は、スピーカとして構成される。

音形成部１１は、透かし音を形成する。音形成部１１は、音加工部１４と、埋込部１５とを備える。透かし音は、機器２１に所定動作を行わせるために形成される。本実施形態では、放音装置１０からサイネージ３１および携帯端末３５に情報を伝達するために、放音装置１０から透かし音が放音される。

音加工部１４は、原音信号ＳＡの無音部ＮＳが少なくなるように原音信号ＳＡを加工する。
原音信号ＳＡは、機器２１の受信装置２２が受信できる音であれば、どのような音であってもよい。好ましくは、原音信号ＳＡは、人に伝えられる情報を含む音である。例えば、原音信号ＳＡは、音楽、アナウンス、警報音、および、放送番組が挙げられる。音楽、アナウンス、警報音、および、放送番組は、多くの場合、無音部ＮＳを有する（図３参照）。無音部ＮＳは、原音信号ＳＡにおいて、埋め込み情報を埋め込んだ場合に受信装置２２によって埋め込み情報を取り出すことが出来ない程度に音の強度が低い部分を示す。

埋込部１５は、音加工部１４によって形成される加工音信号ＳＢにおいて無音部ＮＳ以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって透かし音を形成する。一例では、埋込部１５は、加工音信号ＳＢにおいて、一定の間隔で同一の埋込情報を繰り返し埋め込む。他の例では、埋込部１５は、加工音信号ＳＢにおいて、一定の間隔で第１埋込情報を繰り返し埋め込み、所定期間をあけて、一定の間隔で第２埋込情報を繰り返し埋め込む。埋込情報は、「０」と「１」から構成されるデジタル信号であってもよい。埋込情報の埋め込み方法は限定されない。例えば、エコー拡散法、またはスペクトラム拡散法によって、拡散符号を使用して埋込情報が原音信号ＳＡに埋め込まれる。

図３～図７を参照して、原音信号ＳＡの加工について、いくつかの例を説明する。図３は、原音信号ＳＡの一例である。図３に示される原音信号ＳＡは、無音部ＮＳを有する。図４、図５、および図７に示される加工音信号ＳＢは、図３に示される原音信号ＳＡに基づいて形成されたものである。

図４を参照して、第１例の原音信号ＳＡの加工例を説明する。
音加工部１４は、原音信号ＳＡの無音部ＮＳの少なくとも一部に付加音ＳＣを重畳する。この例では、付加音ＳＣは、ノイズ音ＮＺである。一例では、音加工部１４は、原音信号ＳＡにおいて、無音部ＮＳのみに付加音ＳＣを加える。他の例では、音加工部１４は、原音信号ＳＡにおいて、音が存在する有音部と無音部ＮＳとの間の境界を跨ぐように付加音ＳＣを加える。これらの例では、有音部に加えられるノイズが少ないため、原音信号ＳＡの劣化が小さい。

図５を参照して、第２例の原音信号ＳＡの加工例を説明する。
音加工部１４は、原音信号ＳＡの全体にわたって付加音ＳＣを重畳する。この例では、付加音ＳＣは、ノイズ音ＮＺである。音加工部１４によって形成される加工音信号ＳＢは、無音部ＮＳを有しない。このため、加工音信号ＳＢにおいて、等間隔に埋込情報を埋め込むことが出来る。

原音信号ＳＡに加えられる付加音ＳＣの強度を大きくすると、無音部ＮＳにおける付加音ＳＣに埋め込められる埋込情報を取り出し易くなるが、音質が低下し、人にとって耳障りの悪い音になる。一方で、周囲の暗騒音が大きい場合、原音信号ＳＡに加えられる付加音ＳＣの強度が大きくても、人にとって付加音ＳＣが気になり難い。このようなことから、第１例および第２例において、放音部１３の周囲の暗騒音の大きさに応じて、原音信号ＳＡに加える付加音ＳＣの強度を大きくしてもよい。

例えば、図６に示されるように、放音装置１０は、さらに、収音部４１と、収音部４１が収集した音を分析する分析部４２とを備えてもよい。収音部４１は、１または複数のマイクロホンによって構成される。分析部４２は、放音装置１０が音を放音していない期間において収音部４１によって取得された暗騒音に基づいて、単位時間あたりにおける暗騒音の平均値を算出する。音加工部１４は、暗騒音の平均値の大きさに応じて、原音信号ＳＡに加える付加音ＳＣの強度を大きくする。

付加音ＳＣの態様として、次の例が挙げられる。付加音ＳＣは、低周波数から高周波数にわたって強度が平坦である音であってもよい。付加音ＳＣは、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次増大する音であってもよい。付加音ＳＣは、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次減少する音であってもよい。具体的には、付加音ＳＣとして、ホワイトノイズ、ピンクノイズ、およびブラウニアンノイズが使用される。

第１例および第２例において、付加音ＳＣは、無音部ＮＳがない音楽であってもよい。一例として、弦楽器の音を含む音楽、シンセサイザーによって形成される音楽、自然音を合成した音楽が使用できる。付加音ＳＣは、自然音であってもよい。自然音として、渓流の音、海の波の音、葉のざわめきの音、虫の羽根の音、雑踏の音、動物または鳥の鳴き声、または、これらの合成音が挙げられる。付加音ＳＣは、これらに限定されない。付加音ＳＣは、電気回路によって形成される電子音であってもよいし、機械の振動音であってもよい。

図７を参照して、第３例の原音信号ＳＡの加工例を説明する。
第３例では、原音信号ＳＡとして音声が使用される。音声の例として、アナウンス、ガイダンス、歌詞のある音楽（歌謡曲、オペラ）が挙げられる。音加工部１４は、無音部ＮＳの直前の母音の音声時間を長くする。母音を長くすることによって、音声を殆ど変質させずに、無音部ＮＳを短くできる。母音を延ばした長音部ＳＥは、徐々に減衰させることが好ましい。

本実施形態の作用を説明する。
実用上、透かし音の長さには制限がある。例えば、アナウンスや警報音の長さは、数秒～数十秒である。また、携帯端末で透かし音を受信する場合、携帯端末の使用態様から、受信時間は、数秒～数十秒である。このように、音の長さが実用上で制限される。このようなことから、透かし音に埋め込むことが出来る情報量も制限される。本技術では、原音信号ＳＡの加工によって、原音信号ＳＡにおいて無音部ＮＳを少なくする。そして、無音部ＮＳが少なくなった加工音信号ＳＢに埋込情報を埋め込む。これによって、透かし音に埋め込められる情報量の増大を図ることができる。

本実施形態の効果を説明する。
（１）放音装置１０において、音形成部１１は、音加工部１４と、埋込部１５とを備える。音加工部１４は、原音信号ＳＡの無音部ＮＳが少なくなるように原音信号ＳＡを加工する。この構成によれば、原音信号ＳＡにおいて無音部ＮＳを少なくできるため、透かし音に埋め込められる情報量を増大できる。

（２）音加工部１４は、原音信号ＳＡの全体にわたって付加音ＳＣを重畳する。この構成によれば、簡単に加工音信号ＳＢを形成できる。

（３）音加工部１４は、原音信号ＳＡの無音部ＮＳの少なくとも一部に付加音ＳＣを重畳する。この構成によれば、原音信号ＳＡの変更部分を少なくでき、音質の劣化を抑制できる。

（４）音加工部１４は、放音部１３の周囲の暗騒音の大きさに応じて、原音信号ＳＡに加える付加音ＳＣの強度を大きくする。この構成によれば、暗騒音が大きい場合、元々無音部ＮＳであった部分の付加音ＳＣの強度を大きくできるため、元々無音部ＮＳであった部分の付加音ＳＣに埋め込められている埋込情報を取り出し易くできる。また、暗騒音が小さい場合、付加音の強度が小さいため、透かし音を聞き取り易くできる。

（５）付加音ＳＣは、低周波数から高周波数にわたって強度が平坦である音、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次増大する音、および、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次減少する音、のいずれか１つである。この構成によれば、加工音信号ＳＢにおいて、付加音ＳＣを目立たなくすることが出来る。

（６）付加音ＳＣは、ノイズ音ＮＺであってもよい。この構成によれば、簡単に透かし音を形成できる。
（７）付加音ＳＣは、無音部ＮＳがない音楽であってもよい。この構成によれば、違和感が少ない透かし音を形成できる。

（８）音加工部１４は、原音信号ＳＡは音声を含み、無音部ＮＳの直前の母音の音声時間を長くする。この構成によれば、雑音が少ない透かし音を形成できる。
＜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。
・音形成プログラムによって透かし音を形成してもよい。

音形成プログラムは、コンピュータに透かし音を形成させるプログラムとして構成される。音形成プログラムは、音加工ステップと、埋込ステップとを含む。音加工ステップは、原音信号ＳＡの無音部ＮＳが少なくなるように原音信号ＳＡを加工する。埋込ステップは、音加工ステップによって形成される加工音信号ＳＢにおいて無音部ＮＳ以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって透かし音を形成する。この構成によれば、原音信号ＳＡにおいて無音部ＮＳを少なくできるため、透かし音において、原音信号ＳＡに埋め込められる情報量を増大できる。

・次の音形成方法によって透かし音を形成してもよい。
音形成方法は、音加工ステップと、埋込ステップとを含む。音加工ステップは、原音信号ＳＡの無音部ＮＳが少なくなるように原音信号ＳＡを加工する。埋込ステップは、音加工ステップによって形成される加工音信号ＳＢにおいて無音部ＮＳ以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって透かし音を形成する。この構成によれば、原音信号ＳＡにおいて無音部ＮＳを少なくできるため、透かし音において、原音信号ＳＡに埋め込められる情報量を増大できる。

ＮＳ…無音部
ＮＺ…ノイズ音
ＳＡ…原音信号
ＳＢ…加工音信号
ＳＣ…付加音
１０…放音装置
１１…音形成部
１３…放音部
１４…音加工部
１５…埋込部

Claims (8)

1. 透かし音を形成する音形成部と、少なくとも前記透かし音を放音する放音部とを備え、
   前記音形成部は、原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工部と、前記音加工部によって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込部とを備え、
   前記音加工部は、前記原音信号の全体にわたって、または、前記原音信号の無音部の少なくとも一部に、付加音を重畳し、
   前記付加音は、無音部がない音楽である
   放音装置。
2. 前記音加工部は、前記放音部の周囲の暗騒音の大きさに応じて、前記原音信号に加える前記付加音の強度を大きくする
   請求項１に記載の放音装置。
3. 前記付加音は、低周波数から高周波数にわたって強度が平坦である音、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次増大する音、および、低周波数から高周波数にむかって強度が漸次減少する音、のいずれか１つである
   請求項１または２に記載の放音装置。
4. 透かし音を形成する音形成部と、少なくとも前記透かし音を放音する放音部とを備え、
   前記音形成部は、原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工部と、前記音加工部によって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込部とを備え、
   前記原音信号は音声を含み、
   前記音加工部は、前記無音部の直前の母音の音声時間を長くする
   放音装置。
5. コンピュータに透かし音を形成させる音形成プログラムであって、
   前記コンピュータに原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工させる音加工ステップと、前記コンピュータに前記音加工ステップによって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成させる埋込ステップと、を含み、
   前記音加工ステップにおいて、前記コンピュータに、前記原音信号の全体にわたって、または、前記原音信号の無音部の少なくとも一部に、付加音を重畳させ、
   前記付加音は、無音部がない音楽である
   音形成プログラム。
6. コンピュータに透かし音を形成させる音形成プログラムであって、
   前記コンピュータに原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工させる音加工ステップと、前記コンピュータに前記音加工ステップによって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成させる埋込ステップと、を含み、
   前記原音信号は音声を含み、
   前記音加工ステップでは、前記コンピュータに、前記無音部の直前の母音の音声時間を長くするように、前記原音信号を加工させる、
   音形成プログラム。
7. 透かし音を形成する音形成方法であって、
   原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工ステップと、前記音加工ステップによって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込ステップと、を含む
   前記音加工ステップにおいて、前記原音信号の全体にわたって、または、前記原音信号の無音部の少なくとも一部に、付加音を重畳し、
   前記付加音は、無音部がない音楽である
   音形成方法。
8. 透かし音を形成する音形成方法であって、
   原音信号の無音部が少なくなるように前記原音信号を加工する音加工ステップと、前記音加工ステップによって形成される加工音信号において無音部以外の部分の少なくとも一部に埋込情報を埋め込むことによって前記透かし音を形成する埋込ステップと、を含み、
   前記原音信号は音声を含み、
   前記音加工ステップにおいて、前記無音部の直前の母音の音声時間を長くする、
   音形成方法。