(57)【要約】【課題】人間の聴覚の特性を利用し、音声信号の音質を劣化させず、且つ、データ伝送の信頼度を高くすることができる通信システムを提供する。【解決手段】通信システムを、音声信号を入力する音声信号入力部と、音声信号に時間的欠落部であるギャップ区間を形成するギャップ形成部と、音声信号のギャップ区間に、データ符号によって変調されたノイズ信号を合成するノイズ合成部と、を備えたデータ重畳装置と、データ重畳装置によってノイズ信号が合成された音声信号を媒質中に放音する放音部と、を備えた送信装置と、媒質中を伝搬する音声信号を収音する収音部と、収音部が収音した音声信号に含まれるノイズ信号からデータ信号を復調する復調部と、を備えた受信装置と、で構成する。【選択図】図４
2010204499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を入力する音声信号入力部と、
前記音声信号に時間的欠落部であるギャップ区間を形成するギャップ形成部と、
前記音声信号のギャップ区間に、データ符号によって変調されたノイズ信号を合成するノイズ合成部と、
を備えたデータ重畳装置。
【請求項２】
前記ノイズ合成部は、前記ギャップ区間または前記ギャップ区間前後の前記音声信号の信号レベルに応じて、前記ノイズ信号の信号レベルを制御する請求項１に記載のデータ重畳装置。
【請求項３】
前記音声信号の低音域成分を取り出すローパスフィルタと、
前記音声信号のギャップ区間に、前記ローパスフィルタによって取り出された低音域成分をさらに合成する低音域合成部と、
を備えた請求項１または請求項２に記載のデータ重畳装置。
【請求項４】
音声信号に時間的欠落部であるギャップ区間を形成して放音するとともに、このギャップ区間にデータ符号によって変調されたノイズ信号を放音することを特徴とする音響通信方法。
【請求項５】
前記ノイズ信号の信号レベルを、前記ギャップ区間または前記ギャップ区間前後の前記音声信号の信号レベルに応じて制御することを特徴とする請求項１に記載の音響通信方法。
【請求項６】
前記音声信号の低音域成分を、前記ギャップ区間に前記ノイズ信号とともに放音する請求項１または請求項２に記載の音響通信方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のデータ重畳装置と、該データ重畳装置によってノイズ信号が合成された音声信号を媒質中に放音する放音部と、を備えた送信装置と、
媒質中を伝搬する音声信号を収音する収音部と、該収音部が収音した音声信号に含まれるノイズ信号からデータ信号を復調する復調部と、を備えた受信装置と、
からなる通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
信頼性の高い音響通信を実現することができるデータ重畳装置、通信システムおよび音響通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気等の媒質中を伝搬する音波を用いてデータを伝達する音響通信技術として、データ信号をスペクトル拡散して拡散信号化して放音する技術が提案されている（特許文献１参照）。拡散信号は人間にとって不快なノイズにとなるため、特許文献１の技術では、拡散信号を楽音信号等の音声信号とミキシングし、且つ、拡散信号の信号レベルをマスキングしきい値以下になるように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０２／４５２８６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記通信方式では、拡散信号を聴衆に気づかせないようにするために、拡散信号の信号レベルを音声信号によるマスキングしきい値以下の低レベルに制御する必要があるため、受信装置で受信される拡散信号の波形が劣化し、高信頼度のデータ伝送が困難であるという問題点があった。
【０００５】
また、拡散信号の信号レベルをマスキングしきい値以下にしたとしても、聴衆には拡散信号（ノイズ）がミキシングされた音声信号が聞き取られるため、音声信号の音質が劣化することは否めなかった。
【０００６】
この発明は、人間の聴覚の特性を利用し、音声信号の音質を劣化させず、且つ、データ伝送の信頼度を高くすることができるデータ重畳装置、通信システムおよび音響通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明であるデータ重畳装置は、音声信号を入力する音声信号入力部と、前記音声信号に時間的欠落部であるギャップ区間を形成するギャップ形成部と、前記音声信号のギャップ区間に、データ符号によって変調されたノイズ信号を合成するノイズ合成部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ノイズ合成部は、前記ギャップ区間または前記ギャップ区間前後の前記音声信号の信号レベルに応じて、前記ノイズ信号の信号レベルを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１、２の発明において、前記音声信号の低音域成分を取り出すローパスフィルタと、前記音声信号のギャップ区間に、前記ローパスフィルタによって取り出された低音域成分をさらに合成する低音域合成部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明である音響通信方法は、音声信号に時間的欠落部であるギャップ区間を形成して放音するとともに、このギャップ区間にデータ符号によって変調されたノイズ信号を放音することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記ノイズ信号の信号レベルを、前記ギャップ区間または前記ギャップ区間前後の前記音声信号の信号レベルに応じて制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明である通信システムは、請求項４、５の発明において、前記音声信号の低音域成分を、前記ギャップ区間に前記ノイズ信号とともに放音することを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のデータ重畳装置と、該データ重畳装置によってノイズ信号が合成された音声信号を媒質中に放音する放音部と、を備えた送信装置と、媒質中を伝搬する音声信号を収音する収音部と、該収音部が収音した音声信号に含まれるノイズ信号からデータ信号を復調する復調部と、を備えた受信装置と、からなることを特徴とする。
【００１４】
上記の発明は、聴覚的誘導という聴覚心理学効果を用い、音声信号に形成したギャップ区間にデータ符号で変調されたノイズ信号を合成することにより、聴取者に気づかれずに音響を用いたデータ伝送を実現するものである。なお、本発明は音響通信に限定されず、アナログ音声信号の有線・無線の伝達を用いた通信やデジタル音声信号のストリーミング、ファイル転送を用いた通信にも適用が可能である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のようにこの発明によれば、聴衆に気づかれないように音声信号中にデータを埋め込んで伝送する場合に、音声信号の音質を劣化させることなく信頼度の高いデータ伝送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態である音響通信方式に用いられる音声信号および擬似ノイズ信号の例を示す図
【図２】この発明の実施形態である合成部の基本構成を示すブロック図
【図３】同合成部の各部の信号波形を示す図
【図４】この発明の実施形態である音響通信システムの構成図
【図５】同音響通信システムの送信装置が備える合成部のブロック図
【図６】同合成部が出力する合成信号の波形を示す図
【図７】前記音響通信システムの受信装置が備える復調部のブロック図
【図８】同復調部の整合フィルタの構成図
【図９】同復調部のピーク検出部の出力波形の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
≪データ通信方式の説明≫
まず、図面を参照して本発明の音響通信方式について説明する。図１（Ａ）は本音響通信方式に用いられる音声信号の例を示す図である。また、同図（Ｂ）は、本音響通信方式に用いられる擬似ノイズ信号（擬似ノイズ信号）の例を示す図である。本実施形態では、データ符号で同図（Ｂ）の擬似ノイズ信号を変調し、この変調された擬似ノイズ信号を、同図（Ａ）の音声信号に埋め込む。音声信号に埋め込むとは、音声信号に短時間のギャップ（時間的欠落）区間を形成し、このギャップ区間にデータ符号で変調された擬似ノイズ信号を合成することである。
【００１８】
同図（Ａ）の音声信号は、人間の可聴周波数帯域の成分を含む信号である。同図（Ｂ）の擬似ノイズ信号は、Ｍ系列(Maximal length sequence) 多項式に基づいて発生される１ビット数列の信号である。なお１ビット数列の信号は、通常１／０の値を取るが、ここではデータ符号による変調および伝搬を容易化するために１／−１の値に変換されている。
【００１９】
なお、本実施形態では、データの変調方式として擬似ノイズ信号をデータ符号で位相変調する直接スペクトラム拡散変調方式を用いているが、変調方式はこれに限定されない。すなわち、音声信号のギャップ区間に埋め込まれる信号が、データ符号を含むノイズ信号であればよい。また、ノイズ信号は、完全にフラットな周波数特性を有するものである必要はなく、聴取者にノイズ（周波数を特定できない音）として聞こえるものであればよい。
【００２０】
本発明の擬似ノイズ信号の埋め込みは、人間の聴覚の特性を利用したものである。ここで、本発明が利用している人間の聴覚の特性である聴覚心理学効果について説明する。通常の音声（たとえば連続的に周波数が変化する正弦波など）の途中にギャップ（時間的欠落）がある場合、聴取者には、音声が途切れて聴こえる。しかし、このギャップ区間に白色ノイズを挿入すると、聴取者には、欠落している音声が補完されて連続した音声として聴こえる。この現象は「聴覚的誘導 (auditoryinduction)」とよばれる聴覚心理学効果である。また、連続するメロディーの一部の音符をノイズに置換しても、メロディーが繋がって聴こえるという現象も報告されている。さらに、言語音声の場合でも、音声の一部が欠落しても、聴取者は、欠落部分の前後の文脈から、その欠落部分を補完して聞き取る「音韻的復元」という現象が知られている。このように、人の聴覚は、音声のうち数十ｍｓ程度の短い区間（ギャップ区間）が雑音で置き換えられていても、その前後の音声からギャップ区間の音声を復元して知覚する、すなわち、連続した音声を聴いているように錯覚することにより、音声信号にギャップ区間が存在することを知覚しない。
【００２１】
本発明の音響通信方式は、この聴覚心理学効果を利用し、音声信号に時間的なギャップ区間を形成し、このギャップ区間に、データ符号で変調された白色ノイズ的な周波数特性を持つ信号（擬似ノイズ信号）を埋め込むことにより、音声を用いてデータを伝送し、且つ、聴取者には連続した音声が聴こえてデータが伝送されていることが気付かれないようにしたものである。
【００２２】
≪データ重畳部の基本構成≫
図面を参照して本発明の実施形態であるデータ重畳装置の基本構成を説明する。データ重畳装置は、音声信号にギャップ区間を形成し、このギャップ区間にデータ符号で変調されたノイズ信号を埋め込む装置である。図２は同データ重畳部の基本構成を示すブロック図、図３は、同データ重畳装置の各部の信号波形を示す図である。
【００２３】
図２において、音声信号入力部１３から入力された音声信号Ｓは窓関数乗算部３２に入力される。窓関数乗算部３２には、窓関数発生部３１により発生された窓関数Ｗ１が入力され、この窓関数Ｗ１が音声信号Ｓに乗算されることにより、音声信号Ｓに時間的なギャップ区間が形成される。ここで、音声信号Ｓは、上述した図１（Ａ）、および、図３（Ａ）に示すような波形の信号である。また、窓関数Ｗ１は図３（Ｂ）に示すような波形の信号である。
【００２４】
すなわち、窓関数Ｗ１は、音声信号を通常どおりに出力する区間は“１”、音声信号にギャップを形成する区間は“０”の値をとる信号である。また、窓関数Ｗ１は、“１”の区間と“０”の区間の過渡区間にハニング窓の半波波形が用いられ、音声信号の歪みによるノイズ発生が防止されている。図３（Ｂ）では、窓関数Ｗ１の１つのギャップ区間の波形を図示しているが、窓関数Ｗ１は所定の間隔でギャップ区間が繰り返される信号である。ギャップ幅、ギャップ間隔は任意であるが、たとえば、ギャップ幅(width)１７ｍｓ、ギャップ間隔(interval)１秒程度に設定される。
【００２５】
図３（Ｂ）の窓関数Ｗ１を同図（Ａ）の音声信号Ｓに乗算することにより、窓関数乗算部３２は、同図（Ｃ）のようなギャップ区間を有する音声信号を出力する。
【００２６】
一方、擬似ノイズ信号発生部３０は、図１(Ｂ)のような擬似ノイズ信号ＰＮを発生し、発生した擬似ノイズ信号ＰＮを変調部３４に入力する。変調部３４には、擬似ノイズ信号ＰＮとともに、送信すべきデータをシリアルのビット列に変換したデータ符号Ｄが入力される。変調部３４は、擬似ノイズ信号ＰＮをデータ符号Ｄのビット列で位相制御することにより、擬似ノイズ信号ＰＮを変調する。
【００２７】
変調部３４は、たとえば、擬似ノイズ信号発生部３０が発生した擬似ノイズ信号ＰＮおよびデータ符号Ｄの両方を−１／１の２値に変換し、これらを乗算する。擬似ノイズ信号ＰＮ、データ符号Ｄが、ともに−１／１の２値データであるため、データ符号Ｄが“１”であれば、擬似ノイズ信号ＰＮはそのままの位相で出力され、データ符号Ｄが“−１”（ビットデータとしては“０”）であれば、擬似ノイズ信号ＰＮは逆位相で出力される。このように、重畳されるデータ符号Ｄに応じて、擬似ノイズ信号ＰＮは、０°または１８０°に位相変調されることになる。
【００２８】
この変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭは、窓関数乗算部３５に入力される。窓関数乗算部３５には、窓関数発生部３１から、同図（Ｂ）の窓関数Ｗ１を１から減算することにより、窓関数Ｗ１を上下反転した窓関数Ｗ２が入力される。すなわち、窓関数Ｗ２は、音声信号を通常どおりに出力する区間は“０”で、ギャップ区間のみ“１”の値をとる信号である。この窓関数Ｗ２を、変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭに乗算することにより、窓関数乗算部３５は、同図（Ｄ）のような波形の擬似ノイズ信号ＰＮＭを出力する。
【００２９】
図３（Ｃ）のギャップ区間を有する音声信号Ｓおよび図３（Ｄ）の窓関数Ｗ２で制限された擬似ノイズ信号ＰＮＭはともに加算器３３に入力される。加算器３３は、これら音声信号Ｓ（図３（Ｃ））と擬似ノイズ信号ＰＮＭ（図３（Ｄ））を加算合成することにより、同図（Ｅ）に示すような合成信号を形成する。
【００３０】
このように、音声信号Ｓに短いギャップ区間を形成し、このギャップ区間にデータ符号で変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭを埋め込んだ合成信号を形成することにより、この合成信号が放音されても、聴取者には、聴覚心理学効果により、通常の楽音として聞こえ、（データ符号で変調された）ノイズが含まれていることに気づかれない。また、音声信号Ｓとデータ符号Ｄで変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭとが時間的に分割されており、両者が同じタイミングで混ざった状態で放音されないため、音声信号Ｓの音質が良い上に、擬似ノイズ信号ＰＮＭの波形が崩れることがなく、高品質のデータ伝送を実現することができる。
【００３１】
≪通信システムの説明≫
次に、上記データ通信方式が適用された音響通信システムについて説明する。図４は上記音響通信システムの構成を示す図である。この音響通信システムは、送信装置１、受信装置２で構成される。
【００３２】
送信装置１は、データ重畳部１０、アナログ回路部１１およびスピーカ１２を有している。データ重畳部１０は図２に示したデータ重畳装置を基本としてゲイン制御等の機能が付加されたものである。データ重畳部１０は、ＤＳＰ等のデジタル信号処理装置で構成される。
【００３３】
アナログ回路部１１は、Ｄ／Ａコンバータおよびオーディオアンプを含み、データ重畳部１０から出力されたデジタルの合成信号をアナログ信号に変換し、増幅してスピーカ１２に供給する。スピーカ１２は、アナログ回路部１１から入力された合成信号を音響として放音する。放音された合成信号音は空間を伝搬して受信装置２のマイク２２へ到達する。
【００３４】
受信装置２は、マイク２２、アナログ回路部２３、復調部２１を有している。アナログ回路部２３は、マイク２２が収音した音声信号を増幅するアンプ、オーディオ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを有している。復調部２１は、収音した音声信号に含まれている擬似ノイズ信号ＰＮＭを検出して、その擬似ノイズ信号ＰＮＭに重畳されているデータ符号Ｄを復調する回路部である。復調部２１の構成および動作の詳細は後述する。
【００３５】
≪送信装置の説明≫
図５は送信装置１のデータ重畳部１０の構成を示すブロック図である。このデータ重畳部１０の基本的構成は、図２に示したデータ重畳装置と同様であり、図２のデータ重畳装置にさらに以下の機能を付加したものである。
（１）音声信号Ｓのうち擬似ノイズ信号ＰＮが分布しない低音域の信号成分は、ギャップ区間においても出力する。
（２）ギャップ区間で抑制する高音域の信号成分のレベルを検出し、この検出されたレベルで擬似ノイズ信号ＰＮＭのレベルを制御する。
なお本図のデータ重畳部１０の構成において、図２のデータ重畳装置と同一構成の部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
音声信号入力部１３から入力された音声信号Ｓは、窓関数乗算部３２に入力されるとともに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３に入力される。ＬＰＦ４２は、音声信号Ｓのうち、擬似ノイズ信号発生部３０が発生する擬似ノイズ信号ＰＮの成分が分布しない低音域成分ＳＬを通過させるフィルタである。逆に、ＨＰＦ４３は、音声信号Ｓのうち、擬似ノイズ信号発生部３０が発生する擬似ノイズ信号の成分が分布する高音域成分ＳＨを通過させるフィルタである。
【００３７】
ここで、ＬＰＦ４２、ＨＰＦ４３のカットオフ周波数は、使用する拡散符号のチップレート、巡回周期で決定すればよい。例えば、巡回周期５１１ビットのＭ系列拡散符号の場合、同一ビットが９個を超えて連続することはない。したがって、巡回周期５１１ビットのＭ系列拡散符号列で形成された擬似ノイズ信号の最長周期は９ビット（上半波）＋９ビット（下半波）＝１８ビットとなる。したがって、このＭ系列拡散符号列でチップレート４４．１ｋＨｚの擬似ノイズ信号を形成すると、基音周波数は、２．４５ｋＨｚ（＝４４．１ｋＨｚ÷１８）となり、擬似ノイズ信号はこの基音周波数より高域側に分布する。この基音周波数をＬＰＦ４２、ＨＰＦ４３のカットオフ周波数として採用する。
【００３８】
ＬＰＦ４２を通過した音声信号Ｓのうち低音域の信号成分ＳＬは、窓関数乗算部４５で擬似ノイズ信号ＰＮに乗算されるものと同じ窓関数Ｗ２が乗算される。窓関数Ｗ２によりギャップ区間のみに時間的に制限された低音域の信号成分ＳＬは、ゲイン乗算部４７に入力される。ゲイン乗算部４７は低音域の信号成分ＳＬにゲインＧａｉｎＬを乗算して加算器３３に出力する。これにより、音声信号Ｓが遮断されているギャップ区間でも音声信号Ｓのうち低音域成分ＳＬのみは出力され、ギャップ区間の違和感を低減することができる。
【００３９】
また、ＨＰＦ４３を通過した高音域成分ＳＨは、レベル検出部４４に入力される。レベル検出部４４は、入力された高音域成分ＳＨの信号レベルＨＬを検出する。検出された信号レベルＨＬは、ゲイン乗算部４８においてゲインＧａｉｎＨが乗算されたのち、乗算器５０に入力される。
【００４０】
なお、図２において説明したように、擬似ノイズ信号発生部３０は擬似ノイズ信号ＰＮを発生し変調部３４に入力する。変調部３４には、さらにデータ符号Ｄが入力される。データ符号Ｄはデータ符号読出部４０によって適宜読み出されて変調部３４に入力される。データ符号読出部４０によるデータ符号Ｄの読み出しは、ギャップタイミング制御部４１によって制御される。
【００４１】
ギャップタイミング制御部４１は、音声信号Ｓに形成するギャップ区間の幅(width) および間隔(interval)を制御する。ギャップタイミング制御部４１は、ギャップ区間の開始タイミングおよび終了タイミングを窓関数発生部３１およびデータ符号読出部４０に指示する。窓関数発生部３１は、この開始タイミングおよび終了タイミングの幅の窓を有する窓関数Ｗ１，Ｗ２を発生して出力する。また、データ符号読出部４０はこの開始タイミングおよび終了タイミングの間のみデータ符号Ｄを読み出して変調部３４に入力する。
【００４２】
変調部３４は、擬似ノイズ信号ＰＮをデータ符号Ｄのビット列で位相制御することにより、擬似ノイズ信号ＰＮを変調する。変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭは、窓関数乗算部３５において窓関数Ｗ２が乗算される。これにより、擬似ノイズ信号ＰＮＭは、音声信号Ｓのギャップ区間のみに制限される。窓関数Ｗ２でギャップ区間のみに制限された擬似ノイズ信号ＰＮＭはゲイン乗算部４９においてゲインＧａｉｎＮが乗算され、さらに、乗算器５０において、音声信号Ｓの高音域成分ＳＨのレベルＨＬが乗算される。
【００４３】
擬似ノイズ信号ＰＮＭに音声信号Ｓの高音域成分ＳＨのレベルＨＬが乗算されることにより、擬似ノイズ信号ＰＮＭの信号レベルが、音声信号Ｓの高音域成分ＳＨの信号レベルに応じて制御されることになり、音声信号Ｓが出力される区間とギャップ区間の音量変化が抑制されて聴感上の違和感を少なくすることができる。
【００４４】
なお、擬似ノイズ信号ＰＮＭの信号レベルの制御は、高音域成分ＳＨに限定されず、音声信号Ｓ全帯域の音量レベルに基づいてもよい。また、信号レベルを参照する区間はギャップ区間に限定されず、ギャップ区間の直前の区間や直後の区間であってもよい。
【００４５】
上記ゲインＧａｉｎＮ，レベルＨＬが乗算された擬似ノイズ信号ＰＮＭが加算器３３に入力される。
【００４６】
加算器３３は、ギャップ区間を有する音声信号Ｓ（図３（Ｃ）参照）のギャップ区間に、変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭおよび音声信号の低音域成分ＳＬを埋め込むことにより、図６に示すような合成信号を形成する。図６の合成信号では、擬似ノイズ信号ＰＮＭに音声信号の高音域成分ＳＨのレベルＨＬが乗算されてレベル制御されているため、擬似ノイズ信号ＰＮＭのレベルが音声信号の高音域成分ＳＨのレベルに合わせて変動しており、聴感上の違和感が低減されている。また、ギャップ区間でも音声信号の低音域成分ＳＬが出力されているため、擬似ノイズ信号ＰＮＭに低音域成分ＳＬのバイアスが掛かっており、聴感上の違和感が低減されている。なお、この低音域成分ＳＬは受信側の装置でＨＰＦを用いることにより容易に除去することができる。
【００４７】
なお、キャップ幅、ギャップ間隔、および、上記ゲイン乗算部４７，４８，４９で乗算するＧａｉｎＬ，ＧａｉｎＨ，ＧａｉｎＮは、聴取者に違和感を感じさせない範囲の適当な値を聴感評価で決定すればよい。
【００４８】
また、音声信号Ｓとして人声を用いた場合など、周波数成分が低音域に集中し、ＨＰＦ４３の高音域成分ＳＨの出力レベルがほぼ０になってしまう場合がある。このような場合には、レベル検出部４４が、出力値を所定値（たとえば“１”）に固定し、高音域成分ＳＨのレベルによる制御を行わないようにすればよい。
【００４９】
≪受信装置の説明≫
図７は受信装置２に設けられている復調部２１の詳細構成を示す図である。復調部２１には、マイク２２で収音されアナログ回路部２３でデジタル信号に変換された合成信号が入力される。合成信号は、上述したように音声信号Ｓに変調された擬似ノイズ信号ＰＮＭが埋め込まれた信号である。復調部２１は、合成信号から擬似ノイズ信号ＰＮＭを抽出して、参照信号である元の擬似ノイズ信号（符号列）ＰＮとの相関値（ピーク値）を求め、変調信号ＰＮＭのピーク値の符号（正／負）が参照信号ＰＮの符号（正／負）と一致するか逆かに基づいてデータ符号Ｄを復調する。
【００５０】
復調部２１は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６１、波形整形部６２、整合フィルタ６３、ピーク検出部６４および符号判定部６５を備えている。以下、これら各機能部の構成および機能について説明する。
【００５１】
ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６１は、受信した合成信号から擬似ノイズ信号ＰＮＭが含まれている高音域成分を抽出する機能部である。このＨＰＦ６１のカットオフ周波数は、送信装置１の変調部１０に使用されているＨＰＦ４３のカットオフ周波数（２．４５ｋＨｚ）と同じに設定すればよい。
【００５２】
ＨＰＦ６１で取り出された高音域成分の音声信号は、波形整形部６２で２値信号に変換される。すなわち、デジタル化された音声信号は、たとえば８ビット（２５６段階）、１６ビット（６５５３６段階）の多値に量子化された信号であるが、復調対象である擬似ノイズ信号ＰＮＭは１／−１の２値信号である。この擬似ノイズ信号ＰＮＭに波形を近づけるため、ＨＰＦ６１で取り出された高音域成分の信号をコンパレータを用いて２値信号に変換する。この２値化されたデジタル音声信号が整合フィルタ６３に入力される。
【００５３】
なお、図７の点線のように、波形整形部６２を省略して、ＨＰＦ６１を通過した高音域成分の信号を直接整合フィルタ６３に入力してもよい。
【００５４】
整合フィルタ６３は、入力されたデジタル音声信号と参照信号との相関値を検出するフィルタであり、ＦＩＲフィルタで構成される。図８に整合フィルタ６３の構成例を示す。整合フィルタ６３は、５１１段のＦＩＲフィルタで構成されており、各段のフィルタ係数（参照信号）として、送信側の擬似ノイズ信号発生部３０が発生する擬似ノイズ信号ＰＮと同じ符号列が設定されている。なお、擬似雑音符号列は１／０のビット列であるが、整合フィルタ６３のフィルタ係数は、擬似ノイズ信号ＰＮと同様に１／−１に変換したものが設定される。これにより、入力されるデジタル音声信号中に含まれる擬似ノイズ信号ＰＮＭの成分を検出する。
【００５５】
整合フィルタ６３は、入力されるデジタル音声信号中に含まれる擬似ノイズ信号ＰＮＭと参照信号ＰＮとの相関値を出力し、擬似ノイズ信号ＰＮＭの参照信号との位相が同期したとき大きい相関値（ピーク値）を出力する。変調信号ＰＮＭはデータ符号により位相変調されているため、データ符号Ｄが“１”のときは正のピーク値を出力し、データ符号Ｄが“０”のときは負のピーク値を出力する。
【００５６】
図９（Ａ）は、上記整合フィルタ６３の出力波形の例を示す図であり、正のピーク値のの波形の例を示す図である。なお、ＨＰＦ６１の出力信号を波形整形部６２を通さずに直接整合フィルタ６３に入力した場合の、整合フィルタ６３の出力波形は、図９（Ｂ）のような形状になる。
【００５７】
ピーク検出部６４は、整合フィルタ６３が出力する相関値からピークを検出する。符号判定部４７は、ピーク検出部６４が検出したピーク値に基づいてデータ符号を判定し、データ符号Ｄを復調して出力する。これにより、送信装置１から放音された合成信号に含まれるデータ符号Ｄを復調することができる。
【００５８】
≪尚書き≫
上記実施形態は、音声を空気中に放音して音響通信を行うシステムについて説明したが、音響を伝搬する媒質は空気に限定されない。たとえば、固体や液体を伝搬する音響通信に本発明を適用することも可能である。また、本発明は音響通信に限定されず、音声信号を電気信号として電気的または電磁的に伝搬させる有線通信・無線通信に適用することも可能である。さらに、音声信号をデジタルオーディオ信号化してストリーミング、ファイル転送する場合に適用することも可能である。
【００５９】
また、上記実施形態では、可聴周波数帯域（サンプリングレート４４．１ｋＨｚ）の擬似ノイズ信号を用いているが、より高い周波数帯域（超音波領域）の擬似ノイズ信号を用いてもよい。
【００６０】
なお、上記実施形態では、データ符号の変調方式としてＭ系列の擬似ノイズ信号を位相変調する直接スペクトラム拡散方式を用いているが、変調方式はこれに限定されない。たとえば、ＯＦＤＭ方式等であってもよい。
【００６１】
音声信号に形成するギャップ区間の幅、間隔は任意である。音声信号の内容に基づきギャップ幅やギャップ間隔を適宜決定してもよく、音声信号の適当な箇所を探してギャップ区間を挿入するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  送信装置
２  受信装置
１０  データ重畳部
２１  復調部
【図１】
2010204499.tif 000003
【図２】
2010204499.tif 000004
【図３】
2010204499.tif 000005
【図４】
2010204499.tif 000006
【図５】
2010204499.tif 000007
【図６】
2010204499.tif 000008
【図７】
2010204499.tif 000009
【図８】
2010204499.tif 000010
【図９】
2010204499.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月24日(2009.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４、請求項５の発明において、前記音声信号の低音域成分を、前記ギャップ区間に前記ノイズ信号とともに放音することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項７の発明である通信システムは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のデータ重畳装置と、該データ重畳装置によってノイズ信号が合成された音声信号を媒質中に放音する放音部と、を備えた送信装置と、媒質中を伝搬する音声信号を収音する収音部と、該収音部が収音した音声信号に含まれるノイズ信号からデータ信号を復調する復調部と、を備えた受信装置と、からなることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記ノイズ信号の信号レベル信号レベルを、前記ギャップ区間または前記ギャップ区間前後の前記音声信号の信号レベルに応じて制御することを特徴とする請求項４に記載の音響通信方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記音声信号の低音域成分を、前記ギャップ区間に前記ノイズ信号とともに放音する請求項４または請求項５に記載の音響通信方法。