(57)【要約】【課題】音響の音質劣化を抑制しつつ、雑音の影響を受けにくい音波情報通信を可能とする情報送信装置、情報送信プログラム、情報受信装置、情報受信プログラム、及び情報通信方法を提供する。【解決手段】情報送信装置１００が、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域であるモスキート帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施し、前記振幅変調が施された搬送波信号をスピーカ１１０から出力することで、前記情報を送信する。情報受信装置２００は、人間の可聴帯域の音声をマイクロフォンにより受け付け、受け付けた音声から、モスキート帯域の周波数成分である前記搬送波信号の振幅を抽出し、抽出された振幅に基づいて、情報を復元する。【選択図】    図１
2014029406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施す信号処理部と、
人間の可聴帯域の音を出力可能な可聴音出力部と、
を備え、
前記可聴音出力部は、前記信号処理部により振幅変調が施された搬送波信号を前記特定帯域の音として出力することで、前記情報を送信する
情報送信装置。
【請求項２】
人間によって聴取されるための音信号に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成する合成部を更に備え、
前記可聴音出力部は、人間によって聴取されるための音信号に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成した信号を出力する
請求項１記載の情報送信装置。
【請求項３】
人間によって聴取されるための前記音信号における前記特定帯域内の信号成分を減衰させるフィルタを更に備え、
前記合成部は、前記フィルタによって前記特定帯域内の信号成分が減衰した前記音信号に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成する
請求項２記載の情報送信装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、振幅変調が施された搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差が小さくなるように、振幅変調が施された前記搬送波信号の位相を調整する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報送信装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記搬送波信号ｘ（ｔ）の位相を、式（１）〜（３）にしたがって調整するように構成されている、
請求項４に記載の情報送信装置。
【数３】
2014029406.tif 000005
但し、Ｎは正の整数を示し、ｓ（ｎ）は搬送波信号の振幅を示し、θ（ｎ）は搬送波信号の位相を示し、ｆｃは、搬送波信号の基本周波数を示す。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記可聴音出力部の音圧周波数特性が示す音圧レベルが周波数によって相違するのを補償しつつ搬送波信号に振幅変調を施すように構成されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の情報送信装置。
【請求項７】
情報を受信可能な範囲に存在しているか否かを情報の受信側が識別するための識別信号を生成する識別信号生成部を更に備え、
前記識別信号は、前記特定帯域内の信号であり、
前記識別信号生成部は、前記識別信号を、前記識別信号以外の送信すべき情報の有無にかかわらず生成する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の情報送信装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、送信すべき情報を前記特定帯域の複数の周波数に割り当て、各周波数の搬送波信号それぞれを、割り当てられた情報に基づいて振幅変調するように構成されている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の情報送信装置。
【請求項９】
人間の可聴帯域の音を出力可能な可聴音出力部を備えるコンピュータに、
人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施すステップと、
前記信号処理部により振幅変調が施された搬送波信号を、前記可聴音出力部から前記特定帯域の音として出力させることで、前記情報を送信するステップと、
を実行させるための情報送信プログラム。
【請求項１０】
人間の可聴帯域の音を入力可能な可聴音入力部と、
前記可聴音入力部によって受け付けられた音から、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の周波数成分の振幅を抽出し、抽出された振幅に基づいて、情報を復元する信号解析部と、
を備える、
情報受信装置。
【請求項１１】
前記信号解析部は、可聴音入力部によって受け付けられた音の前記特定帯域に、情報を受信可能な範囲に存在しているか否かを情報の受信側が識別するための識別信号が含まれているか否かを判定するよう構成され、
前記信号解析部により前記識別信号が含まれていると判定された場合に、情報を受信可能な範囲に存在していることを示す受信可能情報を表示し、前記信号解析部により前記受信可否識別信号が含まれていないと判定された場合に、前記受信可能情報を表示しない表示部をさらに備える、
請求項１０記載の情報受信装置。
【請求項１２】
人間の可聴帯域の音を入力可能な可聴音入力部を備えるコンピュータに、
前記可聴音入力部によって受け付けられた音から、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の周波数成分の振幅を抽出するステップと、
抽出された振幅に基づいて、情報を復元するステップと、
を実行させるための情報受信プログラム。
【請求項１３】
人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施すステップと、
前記振幅変調が施された搬送波信号を、人間の可聴帯域の音を出力可能な可聴音出力部から出力することで、前記情報を送信するステップと、
人間の可聴帯域の音を受け付けるステップと、
受け付けた音から、前記特定帯域の周波数成分である前記搬送波信号の振幅を抽出するステップと、
抽出された振幅に基づいて、情報を復元するステップと、
を有する、
情報通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波により情報を送信するための情報送信装置、情報送信プログラム、情報受信装置、情報受信プログラム、及び情報通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)により情報を変調したＯＦＤＭ変調信号を、聴覚に不快にならないように変形して音声・音楽に重畳することで、情報の送信を行う方法が開示されている。この方法では、人間の可聴帯域の周波数のサブキャリアを伝送信号で変調したＯＦＤＭ変調信号を生成し、このＯＦＤＭ変調信号をオリジナル音源のスペクトル包絡に合わせてサブキャリアのパワーを調節することで、聴覚に不快にならないようにＯＦＤＭ変調信号を変形する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】松本保静、他２名、「可聴帯域における音波情報伝送技術」、信学技報、電子情報通信学会、ＥＡ２００６−２４、ｐ．２５−２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した非特許文献１に記載の方法においては、可聴帯域の音響に与える影響を抑えるために、位相変調が用いられている。しかしながら、音響では位相の方が振幅よりも雑音の影響を受けやすいため、非特許文献１に記載の方法は雑音に弱いという問題がある。
一方、振幅は雑音には強いが、音の振幅は、人間によって聴取されたときに感じる音質に与える影響が大きいため、単に、振幅変調を用いると音響の音質劣化が大きく、聴者にとって不快な音響となってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、人間によって聴取されたときに感じる音質に与える影響を抑制しつつも、雑音の影響を受けにくい音波情報通信を可能とする情報送信装置、情報送信プログラム、情報受信装置、情報受信プログラム、及び情報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】
【０００６】
（１）本発明は、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施す信号処理部と、人間の可聴帯域の音を出力可能な可聴音出力部と、を備え、前記可聴音出力部は、前記信号処理部により振幅変調が施された搬送波信号を前記特定帯域の音として出力することで、前記情報を送信する情報送信装置である。
上記本発明によれば、振幅変調により搬送波信号に情報を乗せるので、雑音の影響を受けにくい。また、特定帯域の音声は人間に聴取されにくいため、通信が人間の聴覚に与える影響も抑制することが可能である。また、音を出力するための出力部は、広く市販されている可聴帯域の音声を出力可能なものであればよく、製造コストを抑制することができる。
【０００７】
（２）人間によって聴取されるための音信号（音楽信号など）に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成する合成部を更に備え、前記可聴音出力部は、人間によって聴取されるための音信号に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成した信号を出力するのが好ましい。特定帯域の音声は人間に聴取されにくいため、人間によって聴取されるための音信号（音楽信号など）に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成しても、人間によって聴取されるための音信号（音楽信号など）の音質劣化を抑制できる。
【０００８】
（３）人間によって聴取されるための前記音信号における前記特定帯域内の信号成分を減衰させるフィルタを更に備え、前記合成部は、前記フィルタによって前記特定帯域内の信号成分が減衰した前記音信号に、振幅変調が施された前記搬送波信号を合成するのが好ましい。この場合、人間によって聴取されるための前記音信号が、振幅変調が施された前記搬送波信号に対するノイズとなるのを抑制することができる。
【０００９】
（４）前記信号処理部は、振幅変調が施された搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差を小さくなるように、振幅変調が施された前記搬送波信号の位相を調整するのが好ましい。
この場合、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差を小さくすることができる。音声を出力する場合、音声全体のパワーを一定のレベル以下にする必要があり、特定帯域以外の可聴帯域の他の音信号と共に搬送波信号が出力される場合、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差が大きければ、最大値のときに音声全体のパワーが飽和しないように、他の音信号の振幅（ダイナミックレンジ）を抑制する必要がある。このため、上記構成とすることで、前記他の音信号のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００１０】
（５）前記信号処理部は、前記搬送波信号ｘ（ｔ）の位相を、式（１）〜（３）にしたがって調整するように構成されているのが好ましい。
【数１】
2014029406.tif 000003
但し、Ｎは正の整数を示し、ｓ（ｎ）は搬送波信号の振幅を示し、θ（ｎ）は搬送波信号の位相を示し、ｆｃは、搬送波信号の基本周波数を示す。
式（１）〜（３）で与えられるＳｃｈｒｏｅｄｅｒ位相では、波形における振幅の最大値と最小値との差を最小化することが可能である。したがって、上記構成とすることで、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差を可及的に小さくすることが可能となる。
【００１１】
（６）前記信号処理部は、前記可聴音出力部の音圧周波数特性が示す音圧レベルが周波数によって相違するのを補償しつつ搬送波信号に振幅変調を施すように構成されているのが好ましい。
可聴音出力部によっては、高周波領域、特に特定帯域における音圧レベルが、他の周波数帯域における音圧レベルに比べて小さい場合がある。上記構成とすることにより、可聴音出力部の音圧周波数特性を補償することができる。
【００１２】
（７）情報を受信可能な範囲に存在しているか否かを情報の受信側が識別するための識別信号を生成する識別信号生成部を更に備え、前記識別信号は、前記特定帯域内の信号であり、前記識別信号生成部は、前記識別信号を、前記識別信号以外の送信すべき情報の有無にかかわらず生成するのが好ましい。
この場合、受信側では、識別信号を受信することで、情報を受信可能か否かを容易に判断することができるので、利便性が向上する。
【００１３】
（８）前記信号処理部は、送信すべき情報を前記特定帯域の複数の周波数に割り当て、各周波数の搬送波信号それぞれを、割り当てられた情報に基づいて振幅変調するように構成されているのが好ましい。
この場合、搬送波信号が複数となるため、一度に多くの情報を送信することが可能となる。
【００１４】
（９）他の観点からみた本発明は、人間の可聴帯域の音を出力可能な可聴音出力部を備えるコンピュータに、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施すステップと、前記信号処理部により振幅変調が施された搬送波信号を、前記可聴音出力部から前記特定帯域の音として出力させることで、前記情報を送信するステップと、を実行させるための情報送信プログラムである。
【００１５】
（１０）また、さらに他の観点からみた本発明は、人間の可聴帯域の音を入力可能な可聴音入力部と、前記可聴音入力部によって受け付けられた音から、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の周波数成分の振幅を抽出し、抽出された振幅に基づいて、情報を復元する信号解析部と、を備える、情報受信装置である。
【００１６】
上記本発明によれば、振幅変調された搬送波信号から情報を取得するので、雑音の影響を受けにくい。また、また、特定帯域の音声は人間に聴取されにくいため、通信が人間の聴覚に与える影響も抑制することが可能である。また、可聴音入力部は広く市販されている可聴帯域の音声を入力可能なものであればよく、マイクロフォンを備えたスマートフォン、携帯電話機その他の携帯情報端末を利用して情報受信装置を構成することができる。
【００１７】
（１１）  前記信号解析部は、可聴音入力部によって受け付けられた音の前記特定帯域に、情報を受信可能な範囲に存在しているか否かを情報の受信側が識別するための識別信号が含まれているか否かを判定するよう構成され、前記信号解析部により前記識別信号が含まれていると判定された場合に、情報を受信可能な範囲に存在していることを示す受信可能情報を表示し、前記信号解析部により前記受信可否識別信号が含まれていないと判定された場合に、前記受信可能情報を表示しない表示部をさらに備えるのが好ましい。
この場合、ユーザは、受信可能情報が表示されているか否かによって、情報を受信可能か否かを容易に判断することができるので、利便性が向上する。
【００１８】
（１２）また、さらに他の観点からみた本発明は、人間の可聴帯域の音を入力可能な可聴音入力部を備えるコンピュータに、前記可聴音入力部によって受け付けられた音から、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の周波数成分の振幅を抽出するステップと、抽出された振幅に基づいて、情報を復元するステップと、を実行させるための情報受信プログラムである。
【００１９】
（１３）また、さらに他の観点からみた本発明は、人間の可聴帯域に含まれるが聴取が困難な周波数帯域である特定帯域の搬送波信号に、送信すべき情報に基づいて振幅変調を施すステップと、前記振幅変調が施された搬送波信号を、人間の可聴帯域の音を出力可能な可聴音出力部から出力することで、前記情報を送信するステップと、人間の可聴帯域の音を受け付けるステップと、受け付けた音から、前記特定帯域の周波数成分である前記搬送波信号の振幅を抽出するステップと、抽出された振幅に基づいて、情報を復元するステップと、を有する、情報通信方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、通信が人間の聴覚に与える影響も抑制しつつ、雑音の影響を受けにくい音波情報通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係る音波情報通信システムの全体構成を示す模式図。
【図２】実施の形態に係る情報送信装置の構成を示す機能ブロック図。
【図３】信号処理部の詳細な構成を示す機能ブロック図。
【図４Ａ】音信号データの周波数とパワーとの関係の一例を示すグラフ。
【図４Ｂ】図４Ａに示す音信号データからモスキート帯域成分を除去した後の音声波形を示すグラフ。
【図４Ｃ】音信号データと搬送波信号とを合成した信号を説明するためのグラフ。
【図５】パケットにおけるビット列と、各ビットに関連付けられた情報の定義を示すグラフ。
【図６Ａ】スピーカ特性を示すグラフ。
【図６Ｂ】各周波数において一定レベルの音声信号をスピーカで出力した場合の音声波形を示す模式図。
【図６Ｃ】スピーカの特性補償を説明するための模式図。
【図７Ａ】ゼロ位相を与えて得られた音声信号の時間波形を示すグラフ。
【図７Ｂ】ランダム位相を与えて得られた音声信号の時間波形を示すグラフ。
【図７Ｃ】Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を与えて得られた音声信号の時間波形を示すグラフ。
【図８】実施の形態に係る情報送信装置の構成を示すブロック図。
【図９】実施の形態に係る情報受信装置の構成を示す機能ブロック図。
【図１０】実施の形態に係る情報受信装置の構成を示すブロック図。
【図１１】実施の形態に係る情報送信装置の動作手順を示すフローチャート。
【図１２】実施の形態に係る情報受信装置の動作手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
［１．音波情報通信システムの全体構成］
図１は、本実施の形態に係る音波情報通信システムの全体構成を示す模式図である。本実施形態に係る音波情報通信システム１は、情報送信装置１００と、複数の情報受信装置２００，２００，２００とを備えている。情報送信装置１００は、可聴音出力部であるスピーカ１１０を具備している。
情報送信装置１００のスピーカ１１０は、人間の可聴帯域の音を出力するためのものであり、音楽など人間によって聴取されるための通常の音信号（音楽信号など）を出力するほか、情報送信（データ送信）のための信号を出力することが可能である。
かかる可聴音は、情報受信装置２００，２００，２００が具備するマイクロフォンによって捉えられ、情報受信装置２００がマイクロフォンによって受け付けられた音（可聴音）から情報を抽出し、当該情報を画面に表示するようになっている。
音波情報通信システムは、音楽など人間によって聴取されるための通常の音信号を出力するとともに、当該音信号に関連した情報（例えば、音楽の歌詞情報）を送信するために好適に用いられる。
【００２４】
［２．情報送信装置の構成］
図２は、本実施の形態に係る情報送信装置の構成を示す機能ブロック図である。情報送信装置１００は、音源データを記憶する音源データ記憶部１０１と、ローパスフィルタ１０２と、情報記憶部１０３と、エンコーダ１０４と、信号処理部１０５と、サービスエリア信号生成部１０６と、合成部１０７と、Ｄ／Ａ変換器１０８と、アンプ１０９と、スピーカ１１０とを具備している。
【００２５】
音源データ記憶部１０１は、音楽等の人間によって聴取されることを目的とした音信号データ（音楽データなど）を記憶している。音源データ記憶部１０１から音信号データが読み出され、ローパスフィルタ１０２へと出力される。なお、音源データ記憶部１０１は、情報送信装置１００の外部に存在していてもよい。
【００２６】
ローパスフィルタ１０２は、音信号データに含まれる高周波成分を除去するためのフィルタである。図４Ａは、音信号データの周波数とパワーとの関係の一例を示している。音信号データは人間の可聴帯域の音声を示すデータであり、人間が容易に聴取できる帯域（例えば、１７ｋＨｚ以下の帯域）の信号成分のほか、人間にとって聴取することが困難な帯域（以下「モスキート帯域」という。）の信号成分が含まれている。
モスキート帯域（特定帯域）は、例えば、可聴帯域のうち１７．４ｋＨｚ〜２２．０５ｋＨｚ程度の帯域をいう。人間による聴取がより困難になるという観点からモスキート帯域のより好ましい下限は１９ｋＨｚである。１７．４ｋＨｚ程度の周波数のモスキート音は、若年者には聴取可能なことがあるため、従来、このような周波数のモスキート音は、若年者に不快感を与えるための目的で使用されていた。ただし、聴取の困難性を重視する場合には、一般的なモスキート音の周波数（１７．４ｋＨｚ程度）よりもやや高い周波数（例えば、１９ｋＨｚ以上）であるのが好ましい。
また、モスキート帯域のより好ましい上限は２１ｋＨｚであり、さらに好ましい上限は２０ｋＨｚである。
ローパスフィルタ１０２は、音信号データからモスキート帯域（特定帯域）の信号成分を減衰させるために用いられる。図４Ｂは、図４Ａに示す音信号データからモスキート帯域成分を除去した後の可聴音の周波数スペクトラムを示している。図４Ｂに示すように、ローパスフィルタ１０２によって音信号データからモスキート帯域成分が除去される。これにより、音信号が、モスキート帯域を利用した通信信号（搬送波信号）に対するノイズとなることを防止できる。
なお、フィルタ１０２は、モスキート帯域（特定帯域）の信号成分を減衰させるためのフィルタであればよく、ローパス型に限られるものではなく、例えば、モスキート帯域（特定帯域）の信号成分を減衰させるバンドカット型フィルタであってもよい。
【００２７】
情報記憶部１０３は、音波情報通信にて送信すべき情報（以下「埋め込み情報」という。）を記憶している。情報記憶部１０３から読み出された埋め込み情報は、エンコーダ１０４に与えられる。なお、埋め込み情報は、情報送信装置１００の外部から情報送信装置１００に与えられてもよい。
【００２８】
エンコーダ１０４は、埋め込み情報を所定のルールにしたがってデジタル信号にエンコードする。エンコーダ１０４による変換後の埋め込み情報は、信号処理部１０５に与えられる。
【００２９】
信号処理部１０５は、与えられた埋め込み情報に基づいて、モスキート帯域の搬送波信号（キャリア）を振幅変調し、搬送波信号に埋め込み情報を乗せるためのものである。図３は、信号処理部１０５の詳細な構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、信号処理部１０５は、振幅設定部１５１と、位相調整部１５３と、逆高速フーリエ変換部１５４とを有している。また、振幅設定部１５１には、スピーカ特性記憶部１５２からデータが与えられるようになっている。
【００３０】
エンコーダ１０４から出力された埋め込み情報は、まず振幅設定部１５１に与えられる。振幅設定部１５１は、受け付けた埋め込み情報を、８ビットずつに分割する。図５は、パケットにおけるビット列と、各ビットに関連付けられた情報の定義を示すグラフである。図５において、縦軸は信号のパワーを、横軸は周波数を示している。図５に示すように、本実施の形態に係る情報送信装置１００では、１１個の搬送波信号（サブキャリア）によって１１ビットの情報をまとめて送信する周波数分割多重によって情報を送信する。
１１ビットの情報のうちの８ビットは、データ信号、残りの３ビットは制御信号として用いられる。この１１ビットの情報を含む信号をパケットとする。つまり、情報送信装置１００は、埋め込み情報から８ビットのデータを含むパケットを生成し、当該パケットを音信号データに重畳して送信するようになっている。このため、振幅設定部１５１は、埋め込み情報を８ビットずつに分割するようになっている。
なお、本実施形態では、一つの搬送波信号（サブキャリア）は、その振幅の大きさによって１ｂｉｔの信号（０又は１）を表現するが、一つの搬送波信号で多ビットの信号を表現してもよい。
【００３１】
パケットに含まれる３ビットの制御信号は、それぞれトリガー１信号と、トリガー２信号と、コンディション信号とによって構成される。トリガー１信号及びトリガー２信号のそれぞれは、パケットの送信中であることを示すために用いられる。つまり、トリガー１信号は、パケットの送信中であることを示す第１送信識別フラグを送信するための制御信号であり、トリガー２信号は、パケットの送信中であることを示す第２送信識別フラグを送信するための制御信号である。パケットでは、トリガー１信号における第１送信識別フラグ及びトリガー２信号における第２送信識別フラグの何れか一方が必ずオンとされる。つまり、あるパケットのトリガー１信号において第１送信識別フラグがオンとなっている場合には、当該パケットのトリガー２信号において第２送信識別フラグがオフとなっている。反対に、あるパケットのトリガー１信号において第１送信識別フラグがオフとなっている場合には、当該パケットのトリガー２信号において第２送信識別フラグがオンとなっている。したがって、第１送信識別フラグ及び第２送信識別フラグの何れか一方がオンであり、他方がオフの場合には、その情報はパケットであると判断できる。
【００３２】
連続して送られる２つのパケットにおいて、オンとされるフラグが第１送信識別フラグと第２送信識別フラグとで切り替えられる。つまり、前に送信されるパケットにおいて、第１送信識別フラグがオンとされ、第２送信識別フラグがオフとされる場合、後に送信されるパケットにおいては、第１送信識別フラグがオフとされ、第２送信識別フラグがオンとされる。これに対して、前に送信されるパケットにおいて、第１送信識別フラグがオフとされ、第２送信識別フラグがオンとされる場合、後に送信されるパケットにおいては、第１送信識別フラグがオンとされ、第２送信識別フラグがオフとされる。このように、第１送信フラグと第２送信フラグとを交互に切り替えてオンにすることにより、受信側においてパケットの切り替わりを判別することができる。また、受信側において同一のパケットの第１送信フラグと第２送信フラグとが共にオンの場合、又は共にオフの場合には、当該パケットが含まれるフレームは無視される。
【００３３】
コンディション信号は、開始パケット及び終了パケットであることを示すために用いられる。つまり、コンディション信号は、パケットの開始及び終了を示す開始終了フラグを送信するための制御信号である。開始パケットでは、コンディション信号における開始終了フラグがオンとされ、８ビットのデータ信号において、パケットの開始であるか終了であるかを識別する情報、及び送信される情報が歌詞であるか、タイトル又はＵＲＬであるか等、情報の種類を示す情報が送信される。また、終了パケットは、受信側に埋め込み情報の表示タイミングを与える。つまり、受信側では、開始パケットから終了パケットまでの一連のパケットが受信され、終了パケットが受信された場合に、この一連のパケットにおいて送信された埋め込み情報が表示される。
【００３４】
開始パケット及び送信パケット以外のパケット（以下「データパケット」という。）では、コンディション信号において開始終了フラグがオフとされ、データ信号において埋め込み情報が送信される。データパケットを生成する場合、振幅設定部１５１によって、パケット送信用に８ビットに分割された埋め込み情報が、さらに１ビットずつに分割される。振幅設定部１５１は、各ビットの情報をモスキート帯域におけるデータ信号の周波数（の搬送波信号）に割り当てる。つまり、８ビットの埋め込み情報が、１ビット毎に、８つの周波数のそれぞれに割り当てられる。８つのデータ信号のそれぞれは、割り当てられたビットに基づいて振幅変調される。
【００３５】
スピーカ特性記憶部１５２は、スピーカ１１０の周波数特性（音圧周波数特性）を示す情報を記憶する。振幅設定部１５１は、この周波数特性（以下「スピーカ特性」という。）に基づいて、データ信号を振幅変調するときに、スピーカの特性補償を行う。
【００３６】
スピーカの特性補償について以下説明する。図６Ａは、スピーカ特性を示すグラフであり、図６Ｂは、各周波数において一定レベルの音声信号をスピーカで出力した場合の音声波形を示す模式図である。図６Ａにおいて、縦軸はスピーカ１１０の音声出力のパワー（音圧）を、横軸は周波数を示す。図６Ａに示すように、スピーカによっては、モスキート帯域以外の可聴帯域における出力レベルよりも、モスキート帯域における出力レベルが低い特性を有する場合がある。つまり、スピーカ１１の出力パワー（音圧）は、周波数によって相違することがある。なお、理想的には、図６Ａの特性は、モスキート帯域においてもフラットになるべきである。
図６Ｂに示すように、このような特性のスピーカを用いて、各周波数で一定のパワーの音信号を出力した場合、図６Ａのスピーカ特性の包絡線に沿ってモスキート帯域における信号が減衰される。つまり、振幅変調によって情報を送信する搬送波信号（サブキャリア）が、情報の内容とは無関係に振幅の大きさが歪むことになる。このような場合、受信側では、モスキート帯域に埋め込まれた埋め込み情報の復調エラーが生ずることが考えられる。
【００３７】
この問題を解決するために、スピーカの特性補償では、スピーカ特性に基づいてモスキート帯域の信号レベルを補償する。図６Ｃは、スピーカの特性補償を説明するための模式図である。図６Ｃに示すように、スピーカの特性補償では、各周波数のスピーカ特性の音出力のパワーの逆数を係数として信号レベルを増大させる。これにより、出力レベルが小さいモスキート帯域の信号のパワーが増大されるので、この音信号がスピーカから出力された場合には、図６Ｃの右図のように各周波数の出力レベルが適正なものとなり、埋め込み情報の復調エラーを抑制することができる。安価なスピーカではこのような特性を示すことが多いため、かかるスピーカの特性補償は安価なスピーカを用いる場合に特に有効である。
【００３８】
本実施形態の振幅設定部１５１においては、モスキート帯域におけるパワーの有無によって情報を埋め込んでいる。つまり、モスキート帯域における搬送波信号の振幅情報を情報通信に用いているだけで、搬送波信号の位相情報は情報通信に用いていない。
したがって、モスキート帯域における搬送波信号には、任意の位相を付与することが可能である。そこで、本実施の形態においては、振幅設定部１５１において振幅変調されたモスキート帯域の搬送波信号が、位相調整部１５３に与えられる。位相調整部１５３は、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差を小さくするように、搬送波信号の位相を調整するためのものである。
【００３９】
搬送波信号の位相調整について以下に説明する。音を出力する場合、音全体のパワーを一定のレベル以下にする必要があり、モスキート帯域以外の可聴帯域の他の音と共に搬送波信号が出力される場合、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差が大きければ、最大値のときに音全体のパワーが飽和しないように、他の音の振幅を抑制する必要がある。つまり、同じエネルギーの信号の場合に、振幅の最大値と最小値との差を最小化することが好ましい。
【００４０】
この要求に応えるため、本実施の形態では、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を信号に付与することで、信号の位相調整を行い、振幅の最大値と最小値との差を最小化する。なお、搬送波信号の位相をも情報送信に利用する場合（振幅変調だけでなく位相変調も行う場合）には、位相調整部１５３による位相調整は行えない。
ここで、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相について説明する。Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相θ（ｎ）は、入力波形ｘ（ｔ）が基本周波数ｆｃＨｚとする周期信号の場合、以下の式により与えられる。
【数２】
2014029406.tif 000004
但し、Ｎは正の整数を、ｓ（ｎ）は搬送波信号の振幅を示す。
【００４１】
Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を計算するため、ｓ（ｎ）はｎ＝１から値が与えられるが、本実施の形態で用いる１１ビットの区間以外のｎにおいては、ｓ（ｎ）＝０となる。
【００４２】
図７Ａは、ゼロ位相を与えて得られた信号の時間波形を示すグラフであり、図７Ｂは、ランダム位相を与えて得られた信号の時間波形を示すグラフであり、図７Ｃは、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を与えて得られた信号の時間波形を示すグラフである。図７Ａ〜図７Ｃにおいて、縦軸は信号の振幅を示し、横軸は時間を示す。なお、図７Ａ〜図７Ｃでは、同じエネルギーの信号を位相調整した結果を示している。図７Ａに示すように、ゼロ位相を付与した、即ち位相調整を施さなかった信号では、周期的なピークが観測され、このため他の２つに比べて振幅の最大値と最小値との差が大きくなっている。この信号のダイナミックレンジは１４．５であった。次に、図７Ｂに示すように、ランダム位相を付与した、即ちランダムに位相を調整した信号では、ゼロ位相を付与した信号よりも振幅の最大値と最小値との差が小さかったが、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を付与した信号よりも振幅の最大値と最小値との差が大きくなった。この信号のダイナミックレンジは１１．８であった。また、図７Ｃに示すように、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を付与した、即ち上記の式（１）〜（３）にしたがって位相を調整した信号では、振幅の最大値と最小値との差が最も小さかった。この信号のダイナミックレンジは８．４であった。
【００４３】
位相調整部１５３によって位相調整された搬送波信号は、逆高速フーリエ変換部１５４に与えられる。逆高速フーリエ変換部１５４は、与えられた複数の搬送波信号に対して逆高速フーリエ変換を施す。
【００４４】
サービスエリア信号生成部１０６は、情報受信装置２００が情報送信装置１００から送信された情報を受信可能な範囲（以下、「サービスエリア」という）に存在しているかを識別するための受信可否識別信号（以下、「サービスエリア信号」という）を生成する。
このサービスエリア信号は、図５に示すように、送信されるべき情報を有する搬送波信号（データ信号及び制御信号）の周波数とは異なる信号であるが、モスキート帯域内の周波数（以下、「サービスエリア周波数」という）の信号である。
このサービスエリア信号は、サービスエリア周波数において特定の振幅を有する信号である。
サービスエリア信号生成部１０６は、サービスエリア信号以外の送信すべき情報（エンコーダ１０４から出力され信号処理部１０５に与えられる情報）の有無にかかわらず、サービスエリア信号を、常時、生成する。
【００４５】
ローパスフィルタ１０２によってモスキート帯域成分が除去された音信号データ、逆高速フーリエ変換部１５４によって逆高速フーリエ変換が施された搬送波信号、及びサービスエリア信号生成部１０６によって生成されたサービスエリア信号は、合成部１０７に与えられる。合成部１０７は、音信号データ、搬送波信号、及びサービスエリア信号を合成するためのものである。図４Ｃは、音信号データと搬送波信号とを合成した信号を説明するための図である。上述したように、音信号データからは、ローパスフィルタ１０２によってモスキート帯域成分が除去されている。合成部１０７においては、この音信号データに対して、モスキート帯域の搬送波信号（埋め込み情報）が付加される。また、図４Ｃには示していないが、サービスエリア信号も音信号データに付加される。なお、サービスエリア信号は、ローパスフィルタ１０２又は音源データ記憶部１０１から出力される音信号の有無、及び、信号処理部１０５から出力される搬送波信号の有無にかかわらず、合成部１０７から出力される。
【００４６】
このようにして合成された音信号は、合成部１０７からＤ／Ａ変換器１０８へ出力される。Ｄ／Ａ変換器１０８は、デジタル信号である音信号をアナログ信号の音信号へ変換するためのものである。
【００４７】
Ｄ／Ａ変換器１０８から出力されたアナログ信号の音信号は、アンプ１０９に与えられる。アンプ１０９は、音信号を増幅するためのものである。
【００４８】
アンプ１０９によって増幅された音信号は、スピーカ１１０に与えられる。スピーカ１１０はモスキート帯域を含む可聴帯域の音を出力可能である。当該スピーカ１１０により、音信号が再生され、音が出力される。
【００４９】
次に、情報送信装置１００のハードウェア構成について説明する。図８は、本実施の形態に係る情報送信装置１００の構成を示すブロック図である。情報送信装置１００は、コンピュータ１００ａによって実現される。図８に示すように、コンピュータ１００ａは、本体１２１と、表示部１２２と、入力デバイス１２３と、スピーカ１１０とを備えている。本体１２１は、ＣＰＵ１３１、ＲＯＭ１３２、ＲＡＭ１３３、ハードディスク１３４、読出装置１３５、入出力インタフェース１３６、及び画像出力インタフェース１３７を備えており、ＣＰＵ１３１、ＲＯＭ１３２、ＲＡＭ１３３、ハードディスク１３４、読出装置１３５、入出力インタフェース１３６、及び画像出力インタフェース１３７は、バス１３８によって接続されている。
【００５０】
ＣＰＵ１３１は、ＲＡＭ１３３にロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、情報送信プログラム１３９を当該ＣＰＵ１３１が実行することにより、コンピュータ１００ａが情報送信装置１００として機能する。
【００５１】
ＲＯＭ１３２は、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ１３１に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。
【００５２】
ＲＡＭ１３３は、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ１３３は、ハードディスク１３４に記録されている情報送信プログラム１３９の読み出しに用いられる。また、ＣＰＵ１３１がコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ１３１の作業領域として利用される。
【００５３】
ハードディスク１３４は、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ１３１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。情報送信プログラム１３９も、このハードディスク１３４にインストールされている。
【００５４】
読出装置１３５は、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、またはＤＶＤ−ＲＯＭドライブ等によって構成されており、可搬型記録媒体１４０に記録されたコンピュータプログラムまたはデータを読み出すことができる。また、可搬型記録媒体１４０には、コンピュータを情報送信装置１００として機能させるための情報送信プログラム１３９が格納されており、コンピュータ１００ａが当該可搬型記録媒体１４０から情報送信プログラム１３９を読み出し、当該情報送信プログラム１３９をハードディスク１３４にインストールすることが可能である。
【００５５】
なお、前記情報送信プログラム１３９は、可搬型記録媒体１４０によって提供されるのみならず、電気通信回線（有線、無線を問わない）によってコンピュータ１００ａと通信可能に接続された外部の機器から前記電気通信回線を通じて提供することも可能である。例えば、前記情報送信プログラム１３９がインターネット上のサーバコンピュータのハードディスク内に格納されており、このサーバコンピュータにコンピュータ１００ａがアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これをハードディスク１３４にインストールすることも可能である。
【００５６】
かかる情報送信プログラム１３９をＣＰＵ１３１が実行したときには、ＣＰＵ１３１が上述したローパスフィルタ１０２、エンコーダ１０４、信号処理部１０５（振幅設定部１５１、位相調整部１５３、及び逆高速フーリエ変換部１５４）、サービスエリア信号生成部１０６、及び合成部１０７として機能する。
【００５７】
ハードディスク１３４には、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施の形態に係る情報送信プログラム１３９は当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００５８】
また、ハードディスク１３４の記憶領域には、上記の音信号データ、埋め込み情報、スピーカ１１０の周波数特性を示す情報が格納されている。つまり、ハードディスク１３４は、音源データ記憶部１０１、情報記憶部１０３、及びスピ−カ特性記憶部１５２として機能する。
【００５９】
入出力インタフェース１３６は、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又は IEEE1284等のパラレルインタフェース、及びＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース１３６には、キーボード及びマウスからなる入力デバイス１２３が接続されており、ユーザが当該入力デバイス１２３を使用することにより、コンピュータ１００ａにデータを入力することが可能である。また、入出力インタフェース１３６には、スピーカ１１０が接続されている。上述したＤ／Ａ変換器１０８及びアンプ１０９は、入出力インタフェース１３６に設けられている。
【００６０】
画像出力インタフェース１３７は、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成された表示部１２２に接続されており、ＣＰＵ１３１から与えられた画像データに応じた映像信号を表示部１２２に出力するようになっている。表示部１２２は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。
【００６１】
［３．情報受信装置の構成］
図９は、本実施の形態に係る情報受信装置の構成を示す機能ブロック図である。情報受信装置２００は、マイクロフォン２０１と、アンプ２０２と、Ａ／Ｄ変換器２０３と、バッファ２０４と、高速フーリエ変換部２０５と、複数の振幅検出部２０６，２０６，…と、複数のビット判定部２０７，２０７，…と、情報復元部２０８と、デコーダ２０９と、表示部２１０とを具備している。
【００６２】
マイクロフォン（可聴音入力部）２０１は、モスキート帯域を含む、人間の可聴帯域の音を入力可能である。情報送信装置１００によって出力された音が、当該マイクロフォン２０１により受け付けられ、アナログ信号である音信号に変換される。
【００６３】
マイクロフォン２０１により取り込まれた音信号は、アンプ２０２に与えられる。アンプ２０２は、音信号を増幅するためのものである。
【００６４】
アンプ２０２によって増幅された音信号は、Ａ／Ｄ変換器２０３に与えられる。Ａ／Ｄ変換器２０３は、アナログ信号である音信号をデジタル信号の音信号へ変換するためのものである。
【００６５】
Ａ／Ｄ変換器２０３から出力されたデジタル信号の音信号は、バッファ２０４に蓄積される。バッファ２０４は情報を記憶することができる記憶部であり、音信号を一時的に記憶するためのものである。
【００６６】
バッファ２０４に記憶された音信号は、高速フーリエ変換部２０５に与えられる。高速フーリエ変換部２０５は、与えられた音信号に対して高速フーリエ変換を施す。
【００６７】
高速フーリエ変換部２０５により、周波数領域表現へ変換された音信号は、各振幅検出部２０６に与えられる。本実施の形態に係る情報受信装置２００においては、１２個の振幅検出部２０６が設けられている。それぞれの振幅検出部２０６は、モスキート帯域の周波数が１つずつ対応付けられている。つまり、前述した３つの制御信号の周波数及び８つのデータ信号の周波数及び１つのサービスエリア信号の周波数のそれぞれが、１つずつ振幅検出部２０６，２０６，…に対応付けられている。
【００６８】
振幅検出部２０６は、音信号から、対応付けられた周波数成分を抽出し、当該周波数成分の振幅を検出する。つまり、各振幅検出部２０６によって、３つの制御信号と、８つのデータ信号と、１つのサービスエリア信号とが抽出され、それぞれの信号の振幅が検出される。
【００６９】
各振幅検出部２０６，２０６，…によって検出された信号の振幅は、１２個のビット判定部２０７，２０７，…のそれぞれに与えられる。振幅検出部２０６，２０６，…とビット判定部２０７，２０７，…とは１対１に対応しており、振幅検出部２０６によって検出された振幅は、対応するビット判定部２０７に与えられるようになっている。ビット判定部２０７は、与えられた振幅を所定の閾値と比較し、振幅が所定の閾値を超えるか（ビットが立っているか）、振幅が所定の閾値を超えないか（ビットが立っていないか）を判定するためのものである。ビット判定部２０７は、振幅が所定の閾値を超えている場合には“１”を出力し、振幅が所定の閾値を超えていない場合には“０”を出力する。
【００７０】
各ビット判定部２０７，２０７，…の判定結果は、情報復元部２０８に与えられる。情報復元部２０８は、ビット判定部２０７，２０７，…の判定結果である“１”又は“０”のデータを受け付け、これらのデータを合成してデジタルデータを復元するためのものである。
【００７１】
情報復元部２０８により復元されたデジタルデータは、デコーダ２０９に与えられる。デコーダ２０９は、各制御信号のフラグの値を判別し、その受信データがパケットであるか否か、開始パケット又は終了パケットであるか、データパケットであるかを判定する。さらに開始終了フラグがオンの場合には、データ信号のデータから開始パケットであるか終了パケットであるかを判定し、送信される情報が歌詞であるか、タイトル又はＵＲＬであるかを判定する。
【００７２】
また、デコーダ２０９は、その受信データがデータパケットである場合には、所定のルールにしたがってデータ信号のデジタルデータをデコードする。つまり、デコーダ２０９はエンコーダ１０４に対応しており、与えられたデータ（エンコードされたデータ）からエンコード前の埋め込み情報を生成する。
【００７３】
さらに、デコーダ２０９は、サービスエリア周波数に対応するビット判定部２０７の出力データから、情報受信装置２００がサービスエリア内に存在しているか否か、即ち、音信号に重畳された埋め込み情報を受信可能であるか否かを判別可能となっている。つまり、サービスエリア周波数に対応するビット判定部２０７の出力データが“１”の場合には、デコーダ２０９は埋め込み情報を受信可能であると判別し、サービスエリア周波数に対応するビット判定部２０７の出力データが“０”の場合には、デコーダ２０９は埋め込み情報を受信不能であると判別する。
【００７４】
デコーダは、デコードされた情報、及び判別結果から画面を生成し、この画面を表示部２１０に出力させる。つまり、表示部２１０には、歌詞、タイトル、ＵＲＬ、埋め込み情報受信可否情報等が表示される。
【００７５】
次に、情報受信装置２００のハードウェア構成について説明する。図１０は、本実施の形態に係る情報受信装置２００の構成を示すブロック図である。情報受信装置２００は、スマートフォン、携帯電話機その他の携帯型情報端末、即ち、携帯型コンピュータ２００ａによって実現される。図１０に示すように、携帯型情報端末２００ａは、プロセッサ２２１、記憶装置２２２、無線通信インタフェース２２３、入力デバイス２２４、マイクロフォン２０１、及び表示部２１０を備えている。プロセッサ２２１と、記憶装置２２２、無線通信インタフェース２２３、入力デバイス２２４、マイクロフォン２０１、及び表示部２１０とは、バス５によってデータ通信可能に接続されている。
【００７６】
プロセッサ２２１は、ＣＰＵは、半導体メモリ、入出力インタフェース、及び画像出力インタフェースが一体化された集積回路である。かかるプロセッサ２２１は、上述したアンプ２０２、Ａ／Ｄ変換器２０３、及びバッファ２０４の機能を有している。
【００７７】
記憶装置２２２は、不揮発性の記憶装置であるフラッシュメモリから構成されている。かかる外部記憶装置２２２には、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ２２１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。情報受信プログラム２２５も、この外部記憶装置２２２にインストールされている。
【００７８】
なお、前記情報受信プログラム２２５は、電気通信回線（有線、無線を問わない）によって携帯型情報端末２００ａと通信可能に接続された外部の機器から前記電気通信回線を通じて提供される。例えば、前記情報受信プログラム２２５がインターネット上のサーバコンピュータの外部記憶装置内に格納されており、このサーバコンピュータに携帯型情報端末２００ａがアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これを記憶装置２２２にインストールする。
【００７９】
かかる情報受信プログラム２２５をプロセッサ２２１が実行したときには、プロセッサ２２１が上述した高速フーリエ変換部２０５、振幅検出部２０６，２０６，…、ビット判定部２０７，２０７，…、情報復元部２０８、及びデコーダ２０９として機能する。
【００８０】
記憶装置２２２には、例えば米アップル社が製造販売するｉＯＳ又は米グーグル社が製造販売するAndroid（登録商標） OS等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施の形態に係る情報受信プログラム２２５は当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００８１】
表示部２１０は、ＬＣＤによって構成されており、プロセッサ２２１に接続されている。かかる表示部２１０は、プロセッサ２２１から与えられた映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。
【００８２】
入力デバイス２２４は、前記表示部２１０に付設されたタッチパネルにより構成されている。即ち、表示部２１０と入力デバイス２２４とでタッチパネルが構成されている。ユーザが当該入力デバイス２２４を使用することにより、携帯型情報端末２００ａにデータを入力することが可能である。
【００８３】
マイクロフォン２１０は、プロセッサ２２１に接続されている。かかるマイクロフォン２１０は、受け付けた音（音響）をプロセッサ２２１に与える。
【００８４】
無線通信インタフェース２２３は、IEEE802.11、W-CDMA等の無線通信規格によって無線通信を行うための通信インタフェースである。携帯型情報端末２００ａは、無線通信インタフェース２２３により、他の外部の装置との間でデータの送受信が可能である。
【００８５】
［４．情報送信装置の動作］
次に、本実施の形態に係る音波情報通信システム１の動作について説明する。まず、情報送信装置１００の動作について説明する。
【００８６】
図１１は、本実施の形態に係る情報送信装置１００の動作手順を示すフローチャートである。情報送信装置１００のユーザは、ＣＰＵ１３１に情報送信プログラム１３９を実行させることにより、コンピュータ１００ａを情報送信装置１００として機能させる。
【００８７】
情報送信プログラム１３９が起動されると、まずＣＰＵ１３１は、サービスエリア信号を生成する（ステップＳ１０１）。次にＣＰＵ１３１は、ユーザから情報送信の指示を受け付けたか否かを判別し（ステップＳ１０２）、情報送信指示を受け付けていない場合には（ステップＳ１０２においてＮＯ）、モスキート帯域の音信号としてサービスエリア信号だけをスピーカ１１０に出力させる（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の処理の後、ＣＰＵ１３１はステップＳ１０１へ処理を戻す。これにより、音楽等の、人間によって聴取されることと目的とする信号が出力されていない場合でも、サービスエリア信号は継続的に送信されることとなり、ユーザ（情報受信側）は、サービスエリア内に存在しているか否かを把握することができる。
【００８８】
ユーザは、入力デバイス１２３を操作することで、歌詞などの情報が送信される音楽等を指定して、情報送信を情報送信装置１００に指示することが可能である。ステップＳ１０２において、かかる情報送信指示をＣＰＵ１３１が受け付けた場合には（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１３１は、ハードディスク１３４の音源データ記憶部１０１から音源データを読み出す（ステップＳ１０４）。なお、ユーザからの情報送信要求の指示は行われる必要はなく、情報送信装置１００側において、自律的に、情報送信を行ってもよい。
【００８９】
次にＣＰＵ１３１は、音源データ（音信号データ）からモスキート帯域成分を除去する（ステップＳ１０５）。
また、ＣＰＵ１３１は、ハードディスク１３４から埋め込み情報を読み出し（ステップＳ１０６）、当該埋め込み情報を所定のルールにしたがってデジタル信号にエンコードする（ステップＳ１０７）。
【００９０】
次にＣＰＵ１３１は、パケット送信の開始か否かを判定する（ステップＳ１０８）。つまり、まだパケット送信が開始されていない場合には、ＣＰＵ１３１がパケット送信の開始であると判定し（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、上述した開始パケットを生成する（ステップＳ１０９）。
【００９１】
ステップＳ１０８において、既にパケット送信が行われている場合には、ＣＰＵ１３１がパケット送信の開始ではないと判定し（ステップＳ１０８においてＮＯ）、処理がステップＳ１１０へ移る。ステップＳ１１０においては、ＣＰＵ１３１がパケット送信の終了か否かを判定する（ステップＳ１０９）。つまり、パケットとして送信すべき情報がまだ残っている場合には、ＣＰＵ１３１がパケット送信の終了ではないと判定し（ステップＳ１１０においてＮＯ）、データパケットを生成する（ステップＳ１１４）。
【００９２】
ステップＳ１０９において、パケットとして送信すべき情報を全て送信してしまっている場合には、ＣＰＵ１３１がパケット送信の終了であると判定し（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１３１は、上述した終了パケットを生成する（ステップＳ１１５）。
【００９３】
各パケットを生成するため、ＣＰＵ１３１は、搬送波信号に対して振幅変調を施す。その際、ハードディスク１３４のスピーカ特性記憶部１５２に記憶されているスピーカ特性の情報に基づいて、スピーカ特性が補償された振幅が各搬送波信号において設定される。
次にＣＰＵ１３１は、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を搬送波信号に付与することで、搬送波信号に対して位相調整を施す。さらにＣＰＵ１３１は、搬送波信号に対して逆高速フーリエ変換を施す。
【００９４】
上記のように、開始パケット、データパケット、及び終了パケットの何れかが生成されると、ＣＰＵ１３１は、ステップＳ１０５においてモスキート帯域成分が除去された音信号データ、生成されたパケット、及びステップＳ１０１において生成されたサービスエリア信号を合成し（ステップＳ１１６）、合成された音信号をスピーカ１１０に出力させる（ステップＳ１１７）。これにより、モスキート帯域にパケットが付加された音信号が出力される。
【００９５】
１つのパケットを送信し終わると、ＣＰＵ１３１は、前記パケットが含まれるフレームが終了したか否かを判別する（ステップＳ１１８）。ステップＳ１１８において、フレームが終了していない場合には（ステップＳ１１８においてＮＯ）、ＣＰＵ１３１は処理をステップＳ１０８へ戻し、次のパケットを生成する。他方、フレームが終了している場合には（ステップＳ１１８においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１３１は、全てのフレームが終了したか否かを判別する（ステップＳ１１９）。ステップＳ１１９において、全てのフレームが終了していない場合には（ステップＳ１１９においてＮＯ）、ＣＰＵ１３１は、処理をステップＳ１０６へ戻す。他方、全てのフレームが終了している場合には（ステップＳ１１９においてＹＥＳ）、ＣＰＵ１３１は、処理を終了する。
【００９６】
［５．情報受信装置の動作］
次に、情報受信装置２００の動作について説明する。
【００９７】
図１２は、本実施の形態に係る情報受信装置２００の動作手順を示すフローチャートである。情報受信装置２００のユーザは、プロセッサ２２１に情報受信プログラム２２５を実行させることにより、携帯型情報端末２００ａを情報受信装置２００として機能させる。
【００９８】
情報受信プログラム２２５が起動されると、まずプロセッサ２２１は、マイクロフォン２０１によって受け付けた音信号データをプロセッサ２２１の内部メモリ内に設けられたバッファ２０４に蓄積（バッファリング）する（ステップＳ２０１）。次にプロセッサ２２１は、蓄積された音信号データに対して高速フーリエ変換を施し、音信号データを周波数領域表現に変換する（ステップＳ２０２）。
【００９９】
プロセッサ２２１は、変数ｉに初期値である“１”を代入し（ステップＳ２０３）、複数の搬送波信号のうち、ｉ番目の搬送波信号の周波数における振幅を検出する（ステップＳ２０４）。さらにＣＰＵ２２１は、検出した振幅と所定の閾値とを比較して、ビットが立っているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。このとき、ビットが立っている場合の判定結果は“１“とされ、ビットが立っていない場合の判定結果は“０”とされる。
【０１００】
プロセッサ２２１は、変数ｉの値が１２（全ての搬送波信号の数）であるか否かを判別し（ステップＳ２０６）、変数ｉの値が１２ではない場合（ステップＳ２０６においてＮＯ）、変数ｉの値を１つインクリメントし（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０４へ処理を戻す。他方、ステップＳ２０６において変数ｉの値が１２である場合には（ステップＳ２０６においてＹＥＳ）、プロセッサ２２１は、上記のようにして得た１２個のビット判定結果のデータを記憶装置２２２に記憶させる（ステップＳ２０８）。
【０１０１】
次に、プロセッサ２２１は、受信データのフレームが終了したか否かを判別する（ステップＳ２０９）。フレームが終了していない場合には（ステップＳ２０９においてＮＯ）、プロセッサ２２１は処理をステップＳ２０１へ戻し、フレームが終了している場合には（ステップＳ２０９においてＹＥＳ）、プロセッサ２２１は記憶装置２２２に記憶されたビット判定結果のデータを合成し、情報を復元する（ステップＳ２１０）。
【０１０２】
なお、サービスエリア信号のみがスピーカ１１０から出力されている場合には、マイクロフォンによってサービスエリア信号が捕捉される。この場合にも、ステップＳ２０１〜Ｓ２１０の処理は実行される。
【０１０３】
次にプロセッサ２２１は、復元された情報にサービスエリア信号が含まれているか否かを判別する（ステップＳ２１１）。復元された情報にサービスエリア信号が含まれている場合には（ステップＳ２１１においてＹＥＳ）、プロセッサ２２１はサービスエリア表示をオンにする（ステップＳ２１２）。この結果、音信号が出力され、この音信号にサービスエリア信号が重畳されている場合にも、また、音信号が出力されておらず、サービスエリア信号のみがスピーカ１１０から出力されている場合にも、サービスエリア表示がオンとされる。
つまり、サービスエリア信号は、サービスエリア信号以外の情報の有無にかかわらず送信されているため、サービスエリア信号以外の情報が送信されていないときであっても、サービスエリア表示がオンになっていれば、ユーザは、情報を受信可能なサービスエリアに存在していることを把握できる。
【０１０４】
他方、復元された情報にサービスエリア信号が含まれていない場合には（ステップＳ２１１においてＮＯ）、プロセッサ２２１は、サービスエリア表示をオフにする（ステップＳ２１３）。例えば、音は出力されているがサービスエリア信号が重畳されていない場合、サービスエリア信号以外の音は出力されており、サービスエリア信号が重畳されているが、スピーカ１１０の出力レベルが小さく、若しくは、スピーカ１１０から情報受信装置２００までの距離が遠く、サービスエリア信号のビット判定においてビットが立っていると判定されなかった場合、又は、サービスエリア以外の信号もサービスエリア信号も出力されていない場合には、サービスエリア表示がオフとされる。
【０１０５】
ここで、サービスエリア表示について説明する。情報受信装置２００の表示画面には、サービスエリア表示の領域が設けられている。このサービスエリア表示の領域には、例えばアンテナの形状を図案化した２種類のマークが表示可能とされている。復元された情報にサービスエリア信号が含まれている場合には、サービスエリア内に情報受信装置２００があること（つまり、情報受信装置２００が埋め込み情報を受信可能な状態にあること）を示すマークが前記領域に表示されるようになっている。つまり、このマークが表示されている状態が、サービスエリア表示がオンとされた状態である。他方、復元された情報にサービスエリア信号が含まれていない場合には、サービスエリア内に情報受信装置２００がないこと（つまり、情報受信装置２００が埋め込み情報を受信可能な状態にないこと）を示すマークが前記領域に表示されるようになっている。つまり、このマークが表示されている状態が、サービスエリア表示がオフとされた状態である。
【０１０６】
次にプロセッサ２２１は、復元された情報（デジタル信号）を所定のルールにしたがってデコードし、当該デジタル信号がエンコードされる前の埋め込み情報を生成する（ステップＳ２１４）。さらにプロセッサ２２１は、デコードされた情報を表示部２１０に表示させる（ステップＳ２１５）。これにより、情報受信装置２００の表示部２１０には、情報送信装置１００から送信された情報（再生中の音楽のタイトル、再生中の音楽に関連するウェブサイトのＵＲＬ、再生中の音楽のアーティスト名、再生中の音楽の歌詞等）が表示されることとなる。ステップＳ２１５の処理が終わると、プロセッサ２２１は、処理をステップＳ２０１へ戻す。
【０１０７】
以上の如き構成とすることにより、振幅変調により搬送波信号に情報を乗せるので、雑音の影響を受けにくい。また、モスキート帯域の音は人間に聴取されにくく、音響の音質劣化を抑制することが可能である。また、スピーカ１１０は広く市販されている可聴帯域の音を出力可能なものであればよく、製造コストを抑制することができる。
【０１０８】
また、本実施の形態に係る音波情報通信システムにあっては、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差を小さくするように搬送波信号の位相を調整する。音を出力する場合、音全体のパワーを一定のレベル以下にする必要があり、モスキート帯域以外の可聴帯域の他の音と共に搬送波信号が出力される場合、搬送波信号の振幅の最大値と最小値との差が大きければ、最大値のときに音全体のパワーが飽和しないように、他の音の振幅を抑制する必要がある。このため、上記構成とすることで、前記他の音の振幅を大きくすることができる。また、本実施の形態では、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を用いて搬送波信号の位相調整を行っているので、波形における振幅の最大値と最小値との差を最小化することが可能である。
【０１０９】
また、本実施の形態に係る音波情報通信システムにあっては、スピーカ１１０の周波数特性を補償することができ、モスキート帯域における出力レベルが他の周波数帯域よりも小さいスピーカであっても、搬送波信号を高い出力レベルで出力することが可能となる。
【０１１０】
また、搬送波信号とは別にサービスエリア信号を送信するので、このサービスエリア信号を情報受信装置２００によって受信した場合には、情報受信装置２００は前記情報送信装置により送信された埋め込み情報を受信可能であると判断することができる。このため、情報受信装置２００側で埋め込み情報が受信可能か否かを容易に判断することができるので、利便性が向上する。
【０１１１】
［６．その他の実施の形態］
上述した実施の形態においては、音楽等の音のモスキート帯域に、埋め込み情報を重畳して音波として送信する構成について述べたが、これに限定されるものではない。音に埋め込み情報を重畳するのではなく、埋め込み情報のみをモスキート帯域の搬送波信号に乗せて音波として送信する構成としてもよい。この場合、聴者にとっては無音と感じられるが、情報受信装置によって埋め込み情報を受信することが可能である。
【０１１２】
また、上述した実施の形態においては、制御信号３ビット、データ信号８ビットの合計１１ビットの情報を含むパケットを生成し、これを送信する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、データ信号の１６ビットとする等、他のビット数の情報でパケットを生成する構成としてもよい。また、１つの搬送波信号で、１ビットの情報を表す構成としたが、これに限定されるものではない。１つの搬送波信号の振幅を多段階に調節することで、複数ビットの情報を表す構成としてもよい。
【０１１３】
また、上述した実施の形態においては、搬送波信号にＳｃｈｒｏｅｄｅｒ位相を与えることで位相調整を行う構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、搬送波信号にランダム位相を与える等、他の方法により搬送波信号の位相調整を行う構成としてもよい。
【０１１４】
また、上述した実施形態においては、コンピュータにより情報送信装置１００を実現する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等により情報送信プログラム１３９と同様の処理を実行可能なハードウェアを構成し、これを組み込んだ情報送信装置を構成してもよい。また、１つのコンピュータにより情報送信装置１００を構成するのではなく、情報送信プログラム１３９を複数のコンピュータにより分散処理で実行させて、複数のコンピュータからなる分散システムとしてもよい。
【０１１５】
また、上述した実施形態においては、携帯型情報端末により情報受信装置２００を実現する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等により情報受信プログラム２２５と同様の処理を実行可能なハードウェアを構成し、これを組み込んだ情報受信装置を構成してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１    音波情報通信システム
１００    情報送信装置
１０４    エンコーダ
１０５    信号処理部
１０６    サービスエリア信号生成部
１０７    合成部
１１０    スピーカ（可聴音出力部）
１３１    ＣＰＵ
１３４    ハードディスク
１３９    情報送信プログラム
１５１    振幅設定部
１５２    スピーカ特性記憶部
１５３    位相調整部
１５４    逆高速フーリエ変換部
２００    情報受信装置
２０１    マイクロフォン（可聴音入力部）
２０５    高速フーリエ変換部
２０６    振幅検出部
２０７    ビット判定部
２０８    情報復元部
２０９    デコーダ
２１０    表示部
２２１    プロセッサ
２２２    外部記憶装置
２２５    情報受信プログラム（信号解析部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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