(57)【要約】  第１音声信号（４）と第２音声信号（５）を再生し、送信する装置および方法であり、−第２音声信号（５）のコード化手段（１０）と、−第１音声信号（４）とコード化第２音声信号（５ｅ）を結合して、第１音声再生手段（８）で再生できる合成音声信号（６）とする結合手段を有するプロデューサー（１）、−第１音声再生手段（８）をもつトランスミッター（２）、−合成音声信号（６）の受信手段（１６）と抽出手段（１７）をもつレシーバー（３）、とからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１音声信号（４）と第２音声信号（５）から合成音声信号（６）を作り出す方法であって、
−第２音声信号（５）を、第１音声再生手段（８）により人の耳（７）に聞き取れない方法で再生できるコード化第２音声信号（５ｅ）とするコード化段階、
−第１音声信号（４）が人の耳（７）に聞こえ、第２音声信号（５）が人の耳（７）に聞こえない方法で、第１音声信号（４）とコード化第２音声信号（５ｅ）を結合して、第１音声再生手段（８）で再生できる合成音声信号（６）とする音声結合段階、を有することを特徴とする合成音声信号作成方法。
【請求項２】
前記コード化段階が、第２音声信号（５）の周波数を、第１音声再生手段（８）の再生周波数スペクトルで人に聞こえない高周波にシフトさせる周波数シフト段階を有することを特徴とする請求項１に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項３】
前記コード化段階が、第２音声信号（５）の帯域縮小段階を有することを特徴とする請求項１または２に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項４】
前記コード化段階が、暗号化段階を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項５】
前記暗号化段階が、第２音声信号（５）の周波数スペクトルのポジティブ部分（５ｄ）を除去し、ネガティブ部分だけ残す段階を有することを特徴とする請求項４に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項６】
前記音声結合段階が、第１音声信号（４）とコード化第２音声信号（５ｅ）を結合させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項７】
前記音声結合段階が、前記第１音声信号（４）と前記コード化第２音声信号（５ｅ）を結合させる前に、前記第１音声信号に第１ゲインを与え、前記コード化第２音声信号（５ｅ）に第２ゲインを与えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項８】
前記第２ゲインが、第１ゲインより低いことを特徴とする請求項７に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項９】
前記音声結合段階が、結合前の第１音声信号（４）の周波数スペクトルの高周波部分（４ｃ）を除去し、低周波部分（４ｄ）だけを保持する段階を有することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項１０】
前記音声結合段階が、さらに周波数Ｆｃｍｄで指令信号（３５）を加える結合段階を有することを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項１１】
前記周波数Ｆｃｍｄが、コード化第２音声信号（５ｅ）より高波長で、ＰＡＬ信号で１５６２５Ｈｚより低周波数であり、ＮＴＳＣ信号で１５７３４Ｈｚより低周波数であることを特徴とする請求項１０に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項１２】
前記指令信号（３５）が、３１．２５ビット／秒でパルス幅変調されてコード化された２進指令であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の合成音声信号作成方法。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の合成音声信号作成方法により得られたことを特徴とする合成音声信号（６）。
【請求項１４】
請求項１０によることを特徴とする合成音声信号（６）の記録媒体（２４）。
【請求項１５】
請求項１３による合成音声信号（６）を作成することを特徴とするプロデューサー（１）。
【請求項１６】
第１音声信号（４）の再生および第２音声信号（５）と指令信号（３５）の無線送信方法であって、
第１音声信号（４）、第２音声信号（５）、さらに場合により指令信号（３５）から請求項１２による合成音声信号（６）の生成と、第１音声再生手段（８）による前記合成音声信号（６）の音声再生と、を有することを特徴とする音声再生および音声送信方法。
【請求項１７】
請求項１３による合成音声信号（６）の受信方法であって、
―合成音声信号（６）を受信し、
―合成音声信号（６）からコード化第２音声信号（５ｅ）を抽出し、
―コード化第２音声信号（５ｅ）をデコードして、第２音声信号を再構築し、
―第２音声信号（５）を再生する、の段階を有することを特徴とする音声受信方法。
【請求項１８】
さらに、―合成音声信号（６）から指令信号（３５）の抽出し、
―指令信号（３５）を復調して２進法指令を再構築する、の段階を有することを特徴とする請求項１７記載の音声受信方法。
【請求項１９】
前記デコード化段階または復調化段階が、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の合成音声信号作成方法におけるコード化または変調段階に対して対称の段階を有することを特徴とする請求項１７または１８に記載の音声受信方法。
【請求項２０】
前記暗号解読手段は、第２音声信号（５）の周波数スペクトルのネガティブ部分（５ｃ）から、第２音声信号（５）のポジティブ部分（５ｄ）を再構築する《鏡》変換を有することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の音声受信方法。
【請求項２１】
前記音声再生段階の前に、ゲイン利得制御段階が第２音声信号（５）に適用されることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の音声受信方法。
【請求項２２】
さらに、再生前に、ノイズスペクトルの推定から第２音声信号（５）のノイズ除去段階を有することを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の音声受信方法。
【請求項２３】
前記ノイズスペクトルは、静寂期に規則的に測定されるか、ブランクノイズとして扱われることを特徴とする請求項２２に記載の音声受信方法。
【請求項２４】
レシーバー（３）は、それ自身の識別コードを持ち、少なくとも意図するレシーバー（３）を識別する識別コードは、合成音声信号（６）から抽出され、自身の識別コードと、合成音声信号（６）から抽出された識別コードとが対応しているときのみ、レシーバー（３）は第２音声信号（５）を再生することを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の音声受信方法。
【請求項２５】
識別コード《ブロードキャスト》は全てのレシーバー（３）に対応し、識別コード《ブロードキャスト》が抽出されて、第２音声信号（５）が再生されることを特徴とする請求項２２に記載の音声受信方法。
【請求項２６】
請求項１３によって合成音声信号（６）を受信し、請求項１７乃至２５のいずれか１項に記載の音声受信方法を実施できることを特徴とするレシーバー（３）。
【請求項２７】
請求項２６に記載のレシーバー（３）を有することを特徴とする玩具。  
【請求項２８】
第１音声信号（４）と第２音声信号（５）の再生システムであって、
−請求項１３による合成音声信号（６）を生成し、この合成音声信号（６）を送信する請求項１５のプロデューサー（１）、
−第１音声信号（４）を再生し、第２音声信号（５）と指令信号（３５）を無線で送信するトランスミッター（２）、または第１音声再生機、
−第２音声信号（５）を抽出し、デコード化して再生し、同時に指令信号（３５）を抽出し、変調する請求項２６のレシーバー（３）、または第２音声再生機、
を有することを特徴とする音声信号再生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声を再生し、音声信号を無線で送信するシステム、およびそのシステムを、音で聞こえず、目に見えない無線で送信された音声信号をテレビジョンで再生する“話す”玩具への応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明のこれらに近い目的をもった話す玩具は、ＷＯ０１６９５７２〔クリエーター社（Ｃｒｅａｔｏｒ  Ｌｔｄ．）〕、ＤＥ１９５２０５８６〔シーメンス社（Ｓｉｅｍｅｎｓ  ＡＧ）〕、ＵＳ２００４／０８２２５５〔ピー・エス・エル  フォンら（Ｐ．Ｓ．Ｌ．Ｆｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）〕、ＵＳ６２３８２６２〔テクノヴェーション・オーストラリア・ピーティーワイ社（Ｔｅｃｈｎｏｖａｔｉｏｎ  Ａｕｓｔｒａｌｉａ  Ｐｔｙ  Ｌｔｄ．）〕、ＵＳ５１９１６１５〔ドルマー・グループ（Ｔｈｅ  Ｄｒｕｍｍｅｒ  Ｇｒｏｕｐ）〕、ＵＳ４８４６６９３〔スミス・エンジニアリン社（Ｓｍｉｔｈ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）〕、ＵＳ４８４０６０２〔コレコ・インダストリー社（Ｃｏｌｅｃｏ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）〕の公報に開示されている。
【０００３】
ＵＳ５１９１６１５は、本発明に最も近いものであり、外部から受けたサウンドトラックを再生し、外部信号でコントロールされた動きをすることができる玩具（人形）について記述している。この対話型の玩具は、ビデオプログラムのサウンドトラックと同調して、動き、音声を再生することができ、その結果、玩具は、サウンドトラックに応答することによりビデオプログラムと対話しているように見える。
【０００４】
ＵＳ５１９１６１５のシステム／玩具は、テレビジョン送信信号または記録媒体（カセットまたはＤＶＤ）上のレコーディングいずれかのステレオシステムの２つの音声チャンネルを使用している。第１音声チャンネルは、テレビジョンで再生されることを意図したビデオプログラムの音声を伝え、第２音声チャンネルは、玩具によって再生されることを意図した音声信号を（玩具の駆動システムによって再生される動作指示をコード化した信号と一緒に）もっている。
【０００５】
テレビジョン信号がテレビジョンで受信され、あるいは記録媒体が再生されるとき、スプリッターにより、第１音声チャンネルは分離されてテレビジョンにより直接再生され、第２音声チャンネルは、玩具へ転送される。多重分離（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘａｇｅ）により、スピーカーにより玩具で再生される音声が、転送前あるいは転送後（つまり玩具中で）のいずれかで、動きの指示をコード化した信号から分離される。
【０００６】
スプリッターと玩具の間の送信は、玩具が自由に動けるようにするため、無線であることが好ましい。ＵＳ５１９１６１５は、周波数変調（ＦＭ）ラジオリンクあるいは赤外線リンクの使用を開示している。
この種の応用で赤外線リンクは、指向性が高過ぎ、また強度が弱いので、玩具を持って動き廻る子供の動きに付いていけない。
ラジオリンクは、行政認可の問題があり、例えば、ヨーロッパでは非常に厳しい規制があり、少なくとも、周波数の割当をする行政の規制に沿ってそれぞれの国に適合した開発が必須となる。
これらの２つの送信モードに共通してもつ別の欠点は、赤外線送信またはラジオ送信に特別に適合したトランスミッターを装備したテレビジョンの使用が必要なことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、これらの欠点を改善するものであり、トランスミッター／テレビジョンが第１音声信号を再生するときに、第２音声信号は、聞こえないようにコード化されて第１音声信号と結合して再生されるという有利な送信形態を提供する。しかしながら、この音声信号は、レシーバー／玩具の中の受信手段で受けることができる。レシーバーは、第２音声信号を抽出し、デコード化してそれを聞こえるように再生する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１音声信号及び第２音声信号から合成音声信号を作り出す方法であり、次の段階からなっている。
−第２音声信号を、音声再生手段により人の耳に聞き取れない方法で再生できるコード化第２音声信号とするコード化段階。
−第１音声信号が人の耳に聞こえ、第２音声信号が人の耳に聞こえない方法で、第１音声信号とコード化第２音声信号を結合して、音声再生手段で再生できる合成音声信号とする音声結合段階。
【０００９】
この合成音声信号は、一般的な音声信号と互換性があり、その修正なしに既存の手段によって送信され、記録され、再生されることが好ましい。標準の音声再生手段で再生されるとき、第１音声信号は聞こえるように再生されるが、第２音声信号は、人の耳に聞こえない方法で送信される。従って、標準の第１再生手段を備えるトランスミッタ−は、第１音声信号を聞こえるように再生し、同時に、付加的な特別な手段なしに、第２音声信号を聞こえないように無線でレシーバーに送信できる。このレシーバーは、この第２音声信号を第２音声再生手段で聞こえるように再生することができる。このようにして、２つの再生手段が対話しているような印象を与えることができる。
【００１０】
本発明の別の特徴によると、コード化段階は、第２音声信号の周波数を、音声再生手段の再生周波数スペクトルで人に聞こえない高周波にシフトさせる周波数シフト段階を有している。
このように、第２音声信号は、標準の音声再生手段で再生できる周波数スペクトルにはあるが人の耳に聞こえないようになり、無線で、秘密を守り、かつ追加の送信手段を必要とせずに再生することができる。
周波数シフトは、第１音声信号と第２音声信号の周波数スペクトルが重ならないようにして、両者の結合ができるようになる。
【００１１】
本発明によれば、コード化段階は、第２音声信号の帯域縮小段階を有している。この縮小操作は、結合操作を容易にする。
【００１２】
本発明発明は、さらにコード化段階が暗号化段階を有しているのがよい。この段階は、暗号の解読が必要であるが、第２音声信号がその送信先で聞こえるようにしている。
【００１３】
本発明によれば、暗号化段階は、第２音声信号の周波数スペクトルのポジティブ部分を除去し、ネガティブ部分だけ残す段階を有している。
実施の形態は、例え超高感度の聴力を持つ人により感知されたとしても、その内容は理解できず、またより適応し易いスペクトル形状にして音声結合段階を容易にするという、二つの利益がある。
【００１４】
本発明の別の特徴によれば、音声結合段階は、第１音声信号とコード化第２音声信号を結合させている。この段階は、実施するに容易であるという利点がある。
【００１５】
本発明の別の特徴によれば、音声結合段階は、第１音声信号とコード化第２音声信号を結合させる前に、第１音声信号に第１ゲインを与え、第２音声信号に第２ゲインを与えている。
【００１６】
本発明によれば、第２ゲインは、第１ゲインより低いのがよい。これは、コードでマスクされた信号（第２音声信号）を一般的な聴覚曲線の下に配置して、隠す条件を良くするという長所がある。
【００１７】
本発明の別の有利な特徴によれば、音声結合段階は、結合前の第１音声信号の周波数スペクトルの高周波部分を除去し、低周波部分だけを保持する段階を有している。
高周波部分を除去する操作により、第１音声信号は事実上聞えないようになり、再生周波数スペクトルの一部を解放して音声結合操作が非常に容易になる。
【００１８】
本発明の別の特徴によれば、結合段階は、さらに周波数Ｆｃｍｄで指令信号を加える段階を有している。
【００１９】
また、本発明は、周波数Ｆｃｍｄが、コード化された第２音声信号より高波長で、ＰＡＬ信号で１５６２５Ｈｚより低周波数であり、ＮＴＳＣ信号で１５７３４Ｈｚより低周波数である。
【００２０】
本発明の別の特徴によれば、指令信号は、３１．２５ビット／秒でパルス幅変調されてコード化された２進指令である。
【００２１】
また、別のオプションの特徴によれば、合成音声信号は、少なくとも目的のレシーバーを識別する識別コードをもって送信される。この特徴は、トランスミッターと、自身の音声信号それぞれが割り当てられている複数のレシーバーの間でやりとりしていることにある。
【００２２】
また、別のオプションの特徴によれば、《ブロードキャスト》という語を付けた識別コードを、全てのレシーバーに与えている。《ブロードキャスト》というこの識別コードは、全てのレシーバーに対応し、全てのレシーバーで再生できるようにするのがよい。
【００２３】
本発明は、さらに、上記の実施の形態による方法で得られた合成音声信号に関するものである。また、本発明は、合成音声信号の記録媒体にも及んでいる。
【００２４】
本発明は、さらに、合成音声信号を作成するプロデューサーに関するものである。
【００２５】
本発明は、さらに、第１音声信号の再生および第２音声信号の無線送信方法であって、第１音声信号、第２音声信号、さらに場合により指令信号から上述の実施形態による合成音声信号の生成と、音声再生手段による合成音声信号の音声再生の段階を有している。
【００２６】
本発明は、さらに、合成音声信号の受信方法であって、上述した実施形態による合成音声信号を受信し、合成音声信号からコード化第２音声信号を抽出し、コード化第２音声信号をデコードして、第２音声信号を再構築し、第２音声信号を再生する、の段階を有している。
【００２７】
本発明の別の特徴によれば、音声受信方法は、合成音声信号から指令信号を抽出し、指令信号を復調して２進法指令の再構築する、の段階を有している。
【００２８】
本発明の別の特徴によれば、デコード化段階または復調化段階は、上記実施形態の合成音声信号作成方法におけるコード化または変調段階に対して対称の段階を有している。
【００２９】
本発明の別の特徴によれば、暗号解読手段は、第２音声信号の周波数スペクトルのネガティブ部分から、第２音声信号のポジティブ部分を再構築する《鏡》変換を有している。
【００３０】
本発明の別の特徴によれば、音声再生段階の前に、ゲイン利得制御段階が第２音声信号に適用される。音声受信信号は、トランスミッターとレシーバーの間の距離により変わるが、このゲイン利得制御段階は、音声受信信号の強さとは独立して、第２の音声信号を同じ音量で再生することができる。
【００３１】
本発明の別の特徴によれば、音声受信信号は、再生前に、ノイズスペクトルの推定に基づいて第２音声信号のノイズ除去段階を有している。
【００３２】
本発明の別の特徴によれば、ノイズスペクトルは、静寂期に規則的に測定されるか、ブランクノイズとして扱われる。
【００３３】
本発明の別の特徴によれば、レシーバーはそれ自身の識別コードを持ち、少なくとも意図するレシーバーを識別する識別コードは、合成音声信号から抽出され、自身の識別コードと合成音声信号から抽出されたコードが対応しているときのみ、そのレシーバーは第２音声信号を再生する。
【００３４】
本発明の別の特徴によれば、識別コード《ブロードキャスト》は、全てのレシーバーに対応し、識別コード《ブロードキャスト》が抽出されて、第２音声信号が再生される。
【００３５】
本発明は、さらに、合成音声信号を受信し、上記の実施形態による音声受信方法を実施できるレシーバーに関するものである。
【００３６】
本発明は、さらに、上記のレシーバーを有する玩具に関するものである。
これにより、《声》がわからないように無線でテレビジョンのような視聴覚手段に送られて再生され、視聴覚プログラムと対話しているように見える《話す》玩具が可能になる。
【００３７】
本発明は、さらに、第１音声信号と第２音声信号とから合成音声を生成し、トランスミッターまたは第１音声再生装置に送信する上記実施形態によるプロデューサー、第１音声信号を再生し、第２音声信号を無線で送信する上記実施形態によるトランスミッターまたは第１音声再生機、第２音声信号を抽出し、デコード化して再生する上記実施形態によるレシーバーまたは第２音声再生機、を有する音声信号再生システムに関するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の特徴、詳細および利点は、以下の詳細な説明および添付の図を参照すればより明らかになるであろう。
【００３９】
図中、同じ参照番号は、同じまたは同様の項目を示している。参照文字および参照数字は、同じ対象物の異なる形態に使用されている。例えば、参照数字５ａ−５ｅは、送信される過程で、本発明の種々のプロセスによる種々の形態（縮小、暗号化、コード化）にある第２音声信号５を示している。
図５〜１６は音声信号を示している。いずれも、周波数スペクトルで、横軸に周波数をＨｚまたはｋＨｚ、縦軸に音量をｄＢで表わしている。
【００４０】
図１は、本発明のシステムにおける実施の形態の一つである。このシステムは、プロデューサー１、トランスミッタ−２、および少なくとも１つのレシーバー３でなっている。
【００４１】
プロデューサー１は、第１音声信号４および第２音声信号５を受信する。第１音声信号４は、この段階では、図５に示された基本形式４ａになっている。第２音声信号５は、この段階では、図８に示された基本形式５ａになっており、第１音声信号４の基本形式４ａと実質的に同じである。プロデューサー１は、信号処理ユニットであり、第１音声信号４と第２音声信号５から、後述する方法で合成音声信号６を作り出している。
合成音声信号６は、直接接続３０、再生接続３１、記録媒体２４あるいは当業者にとって周知の同等の手段によってトランスミッタ−２へ送信される。
【００４２】
トランスミッター２は、第１音声再生装置であり、第１音声再生手段８で合成音声信号６を再生しており、第１音声信号４を人の耳７に聞こえる形式で再生し、第２音声信号５を人の耳７に聞こえないコード化された形式５ｅで再生している。
【００４３】
レシーバー３は、第２音声再生装置で１つまたは複数あり、トランスミッター２の音声再生範囲内に置かれ、合成音声信号６のうちのコード化第２音声信号５ｅを含む部分を受信する。レシーバー３は、コード化第２音声信号５ｅを抽出し、デコード化して第２音声信号の基本形式５ａに再構築する、次いで、レシーバー３、あるいは第２音声再生装置は、第２音声再生手段９によって人の耳７に聞こえる第２音声信号５にして再生する。
【００４４】
図２は、プロデューサー１の一実施に形態の詳細である。プロデューサー１は、コード化手段１０をもち、第２音声信号５をコード化してコード化第２音声信号５ｅに変えている。さらに、結合または多重化のための結合手段１１を有して、第１音声信号４とコード化第２音声信号５ｅを結合して合成音声信号６としている。
【００４５】
合成音声信号６を再生するとき、第２音声５を聞こえなくするために、コード化手段１０は、第２音声信号５の周波数スペクトルを、人の耳７に聞こえる周波数より高い周波数にシフトさせる第１周波数シフト手段１２をもつのがよい。
【００４６】
図１２は、周波数スペクトルの高周波数の方向にΔ量だけシフトさせたコード化音声信号５ｅを示している。図１２で、曲線Ｃは、人の耳７で通常聞こえる周波数スペクトルの下限、一般的な聴覚曲線Ｃを示している。しかしながら、周波数シフトΔは、このようにして得られたコード化第２音声信号５ｅが従来の第１音声再生手段８によって再生できる周波数スペクトル内にあるようにしている。第１周波数シフト手段１２は、コード化手段１０には必須な手段である。第１周波数シフト手段１２は、例えば、周波数多重化装置（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｅｕｒ  ｄｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ）で実施できる。
【００４７】
再生音声の周波数スペクトルを制限するために、コード化手段１０は、さらに第２音声信号５の帯域を縮小する帯域縮小手段１３を有することが好ましい。周波数スペクトルを縮小する方法あるいは手段は、信号により使用される周波数スペクトルの帯域を小さくすることを目的にしている。この縮小は、周波数スペクトルを圧縮する、あるいは周波数スペクトルを限られた帯域のみ残るように選択的及び意図的に削除して実行できる。それでも、残りの部分は、回復するのに十分な状態になっている。例えば、周波数を、最も多く使用される周波数を含んでいる約３ｋＨｚにすると、初期の音声信号を回復することは可能である。このような縮小方法で、図８に示す基本形式音声５ａを、図９に示す縮小スペクトル音声５ｂに変換することができる。
【００４８】
一実施の形態において、周波数スペクトルの縮小は、遮断周波数Ｆｃ＝３ｋＨｚで低域が通過するフィルターで行い、ＢＬＵ変調で搬送周波数Ｆｐ＝１４．２５ｋＨｚに変調し、次いでＦｐとＦｐ＋Ｆｃの間の帯域を通過するフィルターを通して、最終的に３ｋＨｚの縮小スペクトルしかもたない音声信号にする。以下に述べるネガティブな帯域を用いる暗号化段階は、同時にＦｐ−ＦｃとＦｐの間の帯域を通過するフィルターを通して、帯域［１１．２５；１４．２５］ｋＨｚをもつ縮小化され暗号化された信号とするのが有利である。
【００４９】
コード化手段１０は、さらに、第２音声信号５の暗号化手段１４をもつことができる。暗号化手段１４は、第２音声信号５を内容が理解できないようにするもので、これにより正規の受け手のみが、信号の暗号を解読して、コピーあるいは再生することができるようになる。
【００５０】
図１０は、音声信号のネガティブ部５ｃとポジティブ部５ｄからなる全周波数スペクトルをもつ縮小スペクトル音声信号５ｂを示している。周波数スペクトルのネガティブ部５ｃは、音声信号に常に存在して、縦軸に対してポジティブ部５ｄと対称となっている。ネガティブ部５ｃは、追加的な情報をもたないので、一般に周波数を表現するに省略される。暗号化手段１４により行われる暗号化方法の１つの例は、第２音声信号５のポジティブ部５ｄを取除いて、周波数スペクトルのネガティブ部５ｃのみを保持するようにことである。このような暗号化は、周波数スペクトルのネガティブ部５ｃのみを保持する低域フィルターによる暗号化手段１４で行うことができる。暗号化は、また、周波数スペクトルのポジティブ部５ｄのみに「鏡面」対称プロセスを適用して行うこともできる。
【００５１】
暗号化の目的は、二つある。第１の目的は、暗号化そのものであり、例え超高感度の聴力を持つ人が暗号化された信号を感知したとしても、その内容を理解できないようにする。第２の目的は、新しい周波数スペクトル形状にして、音声結合段階を容易にすることであり、図１２に示すように、音声信号のネガティブ部５ｃの新しい形状の周波数スペクトルは、コード化第２音声信号５ｅにシフトされて、容易に聴覚曲線Ｃの下に隠され、あるいは小さいシフトΔで聴覚曲線Ｃの下に隠せる。
【００５２】
結合手段１１は、第１音声信号４を一つの形式にし、第２音声信号５を、例えばコード化第２音声信号５ｅのような一つの形式にして合成音声信号６を構築することである。第１音声信号４と第２音声信号５のそれぞれは、図１３に示すように、２つの音声信号の周波数スペクトルが完全に重ならないが、第１音声再生手段８により再生できる再生周波数スペクトルであるようにする。従って、周波数多重化である結合は、第１音声信号４と、好ましくはコード化された形式５ｅにある第２音声信号５を加算する加算器１５をもつ結合手段１１により行われることが望ましい。
【００５３】
加算する前に、第１音声信号４に第１ゲイン（ｇａｉｎ）を、第２音声信号５に第２ゲインを適用するのが好ましい。ゲインは、その前後いずれかで、音声信号の一方が減衰するのを補うことができる。コード化第２音声信号５ｅを、一般的な聴覚曲線Ｃの下方にあって見えなくするため、第２ゲインは第１ゲインより低いことが望ましい。
【００５４】
結合操作を行う前に、第１音声信号４は、周波数スペクトルを修正して高い周波数部分を取り除くのが好ましい。図６及び７に、この周波数スペクトル修正を説明している。この操作は、第１音声信号４の周波数スペクトルの高域部分４ｃを取り除き、低域部分４ｂだけにする。周波数Ｆ１は、周波数スペクトルの上限を決定して高域部分４ｃから低域部分４ｂを切り離すように選定される。Ｆ１の値を選定することで、第１音声信号４の品質の劣化、第２音声信号５で利用可能な「スペース」、及び第１音声信号４と第２音声信号５の間で干渉するリスクが決定される。固有振動数Ｆ１をもつ低域通過フィルター３３で、この操作を良好に実行することができる。低域通過フィルター３３は、結合手段１１に組み込まれるか、あるいはさらに図２に示されているように、結合手段１１の入力側に別の手段で組み込んでもよい。図７に示すように、第１音声信号の低域部分４ｂは、コード化された形式５ｅにある第２音声信号５と有利に結合される。
【００５５】
図１３に示すように、高域部分４ｃを取り除くことにより空いた周波数スペクトル部分は、２つの音声信号が重ならず、そして従来の再生手段により再生できる再生周波数スペクトルの帯域幅と重ならずに、コード化形式５ｅにある第２音声信号５を配置するに利用される。周波数Ｆ１は、コード化第２音声信号５ｅが前記再生周波数スペクトルの中にあるように選定される。第２音声信号が予め縮小されているならば、基本形式４ａから取り除かれる高域部分４ｃは、狭い幅であることが望ましい。さらに、高周波に相当する周波数スペクトルのこの領域は、人の耳７により感知される音質の点から大して重要ではない。このため、第１音声信号４の高域部分４ｃを取り除き、低域部分４ｂのみとすることは、人の耳７で感知される第１音声信号４を僅かに変えるのみであり、第２音声信号５と第１音声信号４との結合を非常に容易にすることになる。
【００５６】
特定の実施の形態において、合成音声信号６に、少なくとも所定のレシーバー３が識別することができる識別コードを加えることができる。この実施の形態において、本システムは、少なくともプロデューサー１、少なくともトランスミッター２、及び複数のレシーバー３を備えている。複数のレシーバー３は、それぞれそれ自身の識別コードにより識別される。その識別コードは、それぞれレシーバー３毎に異なるか、又は同じ第２音声信号５を再生することを意図する一つの「ファミリー」にある複数のレシーバー３に共通であってもよい。プロデューサー１により第２音声信号５を生成し、トランスミッター２により送信するときに、後者の音声信号には、第２音声信号５が再生される前にレシーバーに対応する識別コードが合成音声信号６中に加えられる。送信されてきた識別コードが、自身の識別コードと対応しないレシーバー３は、第２音声信号５を受信するが、それを再生しない。
【００５７】
別のオプションによる実施の形態では、《ブロードキャスト》という語の識別コードで限定している。この識別コードは、特定したレシーバー３に割り当てられていないが、合成音声信号６に挿入されてのみ使用される。その識別コードが正しいかどうかに拘わらず全てのレシーバー３が、同じレシーバー３に対応する識別コードとして認知し、そのレシーバー３が《ブロードキャスト》コードをもつ第２音声信号５を再生することができる。当業者であれば、例えばアドレス化あるいはマスキングの技術を用いて、複数のレシーバー３に部分集合するように識別コードを使用して、今示したことを一般化させるのは容易である。
【００５８】
合成音声信号６への識別コード挿入は、当業者に周知の全ての手段により行うことができる。一実施の形態において、この挿入は、指令信号３５を形成する第３音声信号を結合することにより行うことができる。図１５は、このような指令信号３５の周波数スペクトルを示している。この信号は、以下に説明するように、二進指令にコード化して第３の音声信号の形態としている。図１５に示すように、この信号は、限定され、高い周波数Ｆｃｍｄをもつ周波数スペクトルであり、第１音声信号４と第２音声信号５と一緒になって合成音声信号６とすることができる。指令信号３５の周波数Ｆｃｍｄは、コード化第２音声信号５ｅの周波数スペクトルの高周波より高くなるように決定される。しかし、周波数Ｆｃｍｄは、ブラウン管から出る周波数、すなわちＰＡＬモードで１５６２５Ｈｚ及びＮＴＳＣモードで１５７３４Ｈｚより低くなるように決定される。次いで、指令信号３５は、周波数多重化により第１音声信号４とコード化第２音声信号５ｅと結合して合成音声信号６を形成する。図１６は、このような合成音声信号６を示している。以上説明したように、合成音声信号６は、これまで説明してきた合成音声信号６と同じく、従来の音声再生装置がもつ再生周波数スペクトルに完全に含まれる音声信号である。従って、スピーカーなどの再生機器は、人の耳に聞こえない方法で、しかし以下に説明するようにレシーバーで使用可能な方法で、第２音声信号５ｅと指令信号３５の成分を完全に再生する。他の全ての観点で、合成音声信号６は、２つ又は３つの信号の結合による信号として理解しなければならない。
【００５９】
二進指令は、パルス幅変調により前記指令信号３５をコード化するに適している。この変調は、ＡＥＳ−４２規格に記載されている。Ｎｂが“ビット時間”といわれる変調時間を決定する整数、Ｆ’ｐが変調搬送波の周波数、Ｆｅが信号のサンプルの周波数、ｇが可変パワーパラメータとすれば、ビット０は、パルスｖ（ｎ）＝ｇ．ｃｏｓ（２ｎп（Ｆ’ｐ／Ｆｅ））によりｎ＝０．．Ｎｂ／４−Ｉとコード化され、ｖ（ｎ）＝０はｎ＝＝Ｎｂ．．Ｎｂ−Ｉにコード化され、ビット１は、パルスｖ（ｎ）＝ｇ．ｃｏｓ（２ｎп（Ｆ’ｐ／Ｆｅ））によりｎ＝０．．３Ｎｂ／４−１とコード化され、ｖ（ｎ）＝０はｎ＝３Ｎｂ／４．．Ｎｂ−１とコード化される。従って、Ｆｅ＝４８ｋＨｚ、Ｎｂ＝１５３６と共に、Ｆ’ｐ＝１４．６２５ｋＨｚを選ぶことにより、３１．２５ｂｉｔｓ／ｓの情報が得られる。
【００６０】
図２を参照して、プロデューサー１で作られた合成音声信号６は、次いでトランスミッター２へ転送される。結合手段１１の出力で、プロデューサー１は、選択により直接接続３０、再生接続３１するエメッター２６、あるいは合成音声信号が後で使用されることを意図しないときは記録媒体２４への記録手段３２を選択してとる。再生接続３１は、当業者には周知の如何なる接続方法でもよく、ケーブルまたは無線、アナログまたはデジタルタイプで実施できる。例として、ラジオやテレビジョンの放送、あるいはＵＳＢやＡＤＳＬなどで接続してのＦＭ再生による送信がある。記録媒体２４は、例えば、アナログまたはデジタル音声信号を記録することができる周知のオーディオカセット、ビデオカセット（ＶＨＳなど）、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、その他同等の媒体を使用することもできる。合成音声信号６は、その１つの形式でトランスミッター２へ送信される。
【００６１】
図３は、トランスミッター２の詳細である。トランスミッター２の入口には、プロデューサー１で生成された合成音声信号６を受ける応答手段がある。この応答手段は、直接接続３０、再生接続３１するエメッター２６に対応できるレシーバー２７、あるいは記録媒体２４を読み取ることができる読み取り手段２５である。
【００６２】
別の実施の形態では、プロデューサー１は、トランスミッター２に統合されている。
トランスミッター２は、第１音声信号４を再生するために第１再生機能を持っている。これを実施するには、第１音声再生手段８が必須である。第１音声再生手段８は、通常、少なくとも１つのスピーカー、あるいは他の同様の装置を有している。さらに、音声を再生する前に音声信号を形成するに必要な要素をもつ処理手段２９をもつのがよい。ここで、処理手段２９は、記録媒体２４を読み取り、信号を第１音声再生手段８によって再生できる形式にするに必要な手段を有している。これらの手段は、当業者には周知であり、従来技術であって、本発明の一部を構成するものではない。
【００６３】
これらの要素は、従来からあるもので、本発明を実行するために変更する必要のないものであることに注意されたい。合成音声信号６は、従来の音声信号の基本形式４ａ（図５）あるいは５ａ（図８）の属性をすべて持っている。それ故、音声を再生する目的は、従来の第１音声再生手段８により達することができる。従って、トランスミッター２は、本発明により変更する必要がない。既存の全ての音声再生装置が、本発明で使用できる。カセットプレーヤー、テレビジョン、オーディオまたはビデオ音声再生装置が使用可能である。入力された音声信号を、オーディオビジュアル手段に入力して、合成音声信号６に変えるだけで十分である。従来のテレビジョンは、テレビ放送あるいはケーブル・ネットワークから受信した音声信号に代わって、合成音声信号６にすれば、合成音声信号６を再生することができる。同様にして、ＤＶＤプレーヤーは、合成音声信号６をサウンドトラックの代わりにＤＶＤに記録して再生することができる。
【００６４】
トランスミッター２の第１音声再生手段８で再生するとき、図１３に示したような合成音声信号６の全成分、すなわち、第１音声信号４由来の成分４ｂ、第２音声信号５由来の成分５ｅ、場合よっては指令信号３５由来の成分までもが再生される。しかしながら、図１３に示した一般的な聴覚曲線Ｃを考慮して、曲線Ｃの上域に位置する部分だけが、人の耳７に聞こえて認識することができる。第１音声信号４の大部分は、低域部分４ｂをしていて曲線Ｃの上域にあり、人の耳７に聞こえる。さらに、曲線Ｃの上にある部分は、基本形式４ａ（図５）の形体にある第１音声信号４だけと実質同じである。その結果、人の耳７には、第１音声再生手段８が、基本形体４ａの第１音声信号４だけを再生したのと実質的に同じ音声を聞くことになる。人の耳７には、トランスミッター２が第１音声信号４を再生したかのように聞こえる。この理由により、トランスミッター２は、また第１音声再生装置とも呼ばれる。
第２音声信号５は、コード化された形式５ｅにあり、指令信号３５とともに一般的な聴覚曲線Ｃの完全に下域に位置して、通常、人の耳７に認識されず、聞き取れないままである。
【００６５】
しかしながら、合成音声信号６において、第２音声信号５に由来し、人に聞こえないコード化第２音声信号５ｅにコード化された部分、および場合によっては指令信号３５は、良好に再生されることは注目すべきである。
【００６６】
図４は、本発明によるレシーバー３、第２音声再生装置、の実施の形態の詳細である。レシーバー３は、合成音声信号６を受信し、第２音声信号５を場合によってはコード化された形式５ｅで抽出し、および指令信号３５を抽出する。この目的のために、レシーバー３は、合成音声信号６の受信手段１６と、合成音声信号６に結合されている第２音声信号５、５ｅと指令信号３５を抽出する抽出手段１７をもっている。この目的のために、受信手段１６は、少なくとも第２音声信号５、５ｅおよび指令信号３５を含んでいる合成音声信号の周波数スペクトル部分をカバーできる帯域を持っている。受信手段１６は、第１音声信号４に相当するスペクトル部分をもつ必要がないことは指摘できる。反対に、受信手段１６は、人の耳７と異なり、第２音声信号５、５ｅと指令信号３５をもつ合成音声信号６の高周波数スペクトル部分を受け取ることができることは、本発明の本質的な特徴である。
【００６７】
第１の実施の形態では、受信手段１６は、第２音声信号５、５ｅ由来の部分と指令信号３５由来の部分を含む合成音声信号６の周波数スペクトルの一部を受信する。次いで、抽出手段１７は、受信した信号から有用な部分だけを分離する。それ故、抽出手段１７は、典型的には帯域フィルターである。図１４は、抽出段階を示している。コード化第２音声信号５ｅとなっている第２音声信号５は、受信した周波数スペクトルから、２つの周波数Ｆ２とＦ３の間の周波数スペクトル部分のみが抽出される。ここに示していないが同様に、指令信号３５は、暗号化された２つの周波数間の周波数スペクトル部分だけが抽出される。
【００６８】
別の第２の実施の形態では、抽出手段１７は、前述の受信手段１６と一緒にして、２つの周波数Ｆ２とＦ３間のスペクトル部分に相当する帯域を持っていて、受信手段１６は、コード化第２音声信号５ｅおよび指令信号３５の各々と関係付けることができる。受信手段１６は、典型的にはマイクロホンである。
【００６９】
レシーバー３は、さらにデコード化手段１８をもっている。デコード化手段１８は、コード化第２音声信号５ｅをデコード処理することができ、第２音声信号５をその基本形式５ａに再構築する。レシーバー３は、さらに、第２音声信号基本形式５ａを聞こえるように再生する第２音声再生手段９をもっている。
【００７０】
第２音声信号５に適用される種々の処理形態（コード化、暗号化、縮小化、送信、受理など）は、アナログあるいはデジタルで実行できることは、当業者の人は本発明から容易に推測できるであろう。同様に、どのような技術が採用されようと、処理時間が非常に短く、無視できる遅れであることは明らかである。第２音声再生手段９によって再生させるために、第２音声信号５をトランスミッター２からレシーバー３まで送信し、再生することは、リアルタイムで実質的に同時に行える。
【００７１】
合成音声信号６中の第１音声信号４と第２音声信号５の周波数分離を行うことで、２つの音声信号４、５を同時に使用できるようにすることは、当業者は気が付くであろう。それ故、レシーバー／玩具は、トランスミッター／テレビジョンが、その音声信号を再生すると同時に、次に誰が誰に話すかの順番や取り決めなしに心いくまで「話す」または「歌う」ことができる。
【００７２】
デコード化手段１８は、多様な形式で実施できるが、好ましくはコード化手段１０と対応した対称操作で行い、コード化手段１０でのコード化操作とは逆の順序でデコード操作を行う。
【００７３】
周波数シフト段階は、コード化には不可欠であり、デコード化手段１８には、コード化第２音声信号５ｅの第２周波数シフト手段２１を必要としている。第１周波数シフト手段１２は、高周波数方向にΔ周波数シフトを行うが、第２周波数シフト手段２１は、低周波数方向に同じくΔ周波数シフトを行う。この段階は、音声信号を聞こえるように再構築するもので、第１周波数シフト手段１２は、好ましくは周波数多重化装置で実行できるように、第２周波数シフト手段２１は、周波数分割装置（ｄｉｖｉｓｅｕｒ  ｄｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ）で有利に行える。デコード化手段１８および関連するその他段階では、コード化手段１０に対称の手段があると同じ程にその他要素があり、これらは任意に選択できる。
【００７４】
従って、コード化手段１０が帯域縮小手段１３を有しているとき、デコード手段１８は、必要ならば帯域縮小手段１３の逆である帯域回復手段２０を有し、さらに、コード化手段１０が暗号化手段１４を有しているとき、デコード化手段１８は前述の暗号化手段１４の逆である暗合解読手段１９を有している。
【００７５】
コード化手段１０の暗号化手段１４が、第２音声信号５の周波数スペクトルのポジティブ部分５ｄを取り除き、ネガティブ部分５ｃだけを保持している場合、暗号解読手段１９は、ポジティブ部分５ｄとネガティブ部分５ｃよりなる全周波数スペクトルをもつ縮小スペクトル音声信号５ｂの再構築手段２２を有している。このような再構築手段２２は、例えば、縦軸に対して対称であることを考慮してネガティブ部分５ｃからポジティブ部分５ｄを再構築できる《鏡》手段である。
【００７６】
当業界の人は、帯域縮小手段１３／帯域回復手段２０、周波数シフト手段１２／２１、および暗号化手段１４／暗合解読手段１９におけるコード化／デコード化手段、およびその他関連する種々のコード化手段／デコード化手段の順序は、いろいろ変えられることができることに気が付くであろう。従って、周波数シフト段階を行う前か後に周波数スペクトルを縮小するおよび／または暗号化する。当業界の人は、利用可能な手段の機能と、低周波で作動するか高周波で作動するかで操作の順序を決める。しかしながら、いずれの場合においても、デコード化の手段／操作の順序は、好ましくはコード化の手段／操作の順序の反対である。コード化第２音声信号５ｅを復調する簡単な方法は、Ｆｐ−ＦｃとＦｃの間で通過帯域をフィルターし、次いで、ｃｏｓ（２ｎпＦｐ／Ｆｅ）で掛け算して復調できる。
【００７７】
レシーバー３は、さらに、指令信号３５を復調する復調手段（示されていない）を有して、２進指令を抽出できる。ここで上述したパルス幅変調によるコード化の例に戻って、この抽出は、次の段階を順次行うことで実施できる。
すなわち、合成音声信号６を、Δ＝（Ｆ’ｐ−Ｆｐ）／２としてＦ’ｐ−Δ／２とＦ’ｐ＋Δ／２の間の通過帯域をフィルターし、二乗し、積算型フィルターによりフィルターし、山の頂点を探し、山が出たとき＋Ｎｂ／２−δ（ここで、δは安全ファクターであり、Ｎｂ／１６に等しい）にサンプリングし、このように検出されたビットをバッファーに保存する。
【００７８】
さらに、図４に示す好ましい実施の形態によれば、レシーバー３は、ゲイン適応制御手段２３を有している。ゲイン適応制御手段２３は、公知のゲイン適応制御方法によりデコード化手段１８からの第２音声信号５に適用して、第２音声再生手段９で再生される第２音声信号５の音量を、受信手段１６により受ける信号の大きさとは関係しないようにする。このようにして、トランスミッター２とレシーバー３の間の距離が変わることによる音量変化をなくし、一定音量で第２音声信号５の再生が可能となる。
【００７９】
１つの有利な実施の形態では、本発明の装置が置かれている部屋のノイズを補償するために、受信方法による第２音声信号５の再生の前に、以下の方法でノイズ低減段階を行うことができる。
先ず、周囲のノイズを算定する。この算定は、サイレント時のノイズをベースにして所定間隔で行う。ここで、サイレント時は、トランスミッターが第１音声信号を再生せず、レシーバーが第２音声信号を再生していないときである。簡単な算定方法は、使用される音声帯域にパラメーター累乗を付してブランクノイズを決め、次いで、高速フーリエ変換法でノイズスペクトルを決定する。エフレ（Ｅｐｈｒａｉｍ）とマラー（Ｍａｌａｈ）の演算式を適用し、予め規定した８１×８１マトリックス（−４０ｄＢから＋４０ｄＢを１ｄＢ間隔）を用いてゲインを計算できる。最終段階で、逆高速フーリエ変換によってノイズ除去信号が決定される。これにより、レシーバーによって受け取られた信号からノイズを取り去り、ノイズの撹乱影響を抑えることができる。
【００８０】
これまでに見てきたように、合成音声信号６は、目的のレシーバー３の識別コードをもつことができる。次いで、レシーバー３は、好ましくはそれ自身の識別コードが割り当てられる。レシーバー３は、合成音声信号６と一緒に送信された識別コードの抽出手段を有している。レシーバー３は、送信された識別コードをそれ自身の識別コードと比較し、２つの識別コードが合致する場合のみ第２音声信号５を再生する。
【００８１】
《ブロードキャスト》という用語で特別に標識した識別コードは、全レシーバー３により対応する聴覚可能なレシーバー３として知られ、《ブロードキャスト》のコードが付いた信号を受信する場合には、第２音声信号５は、それ自身の識別コードが何であってもレシーバー３によって再生される。
【００８２】
特別の実施の形態では、レシーバー３は、玩具に組合わさっている。この玩具は、例えば人形である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明のシステムの全ブロック図である。
【図２】本発明のプロデューサーのブロック図である。
【図３】本発明のトランスミッタ−のブロック図である。
【図４】本発明のレシーバーブロック図である。
【図５】第１音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図６】第１音声信号の周波数スペクトルで、その高周波部分を除去することを示している。
【図７】高周波部分を除去した後の第１音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図８】第２音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図９】縮小された第２音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図１０】全第２音声信号（ネガティブ部分およびポジティブ部分）の周波数スペクトルを示している。
【図１１】第２音声信号のネガティブ部分の周波数スペクトルを示している。
【図１２】高周波数にシフトさせた第２音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図１３】第１音声信号と第２音声信号が結合した合成音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図１４】合成音声信号から第２音声信号を抽出する操作を示している。
【図１５】指令信号の周波数スペクトルを示している。
【図１６】第１音声信号が第２音声信号および指令信号を結合した合成音声信号の周波数スペクトルを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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