(57)【要約】      （修正有）【課題】音波信号により携帯端末へ、場所に関連する情報を伝達するためのシステムにおいて、処理の高速性を維持し、伝送可能な情報量を増加させる携帯端末を提供する。【解決手段】一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を出力する手段を備える音波信号出力装置であって、音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、音波信号を用いて伝達すべき情報は、音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表され、音波信号出力装置は、所定時間毎に、出力する音波信号を切り替える手段を備え、情報を構成する順番に従って、部分情報が表された音波信号を、循環させながら出力する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を出力する手段を備える音波信号出力装置であって、
前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、
前記音波信号を用いて伝達すべき情報は、前記音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、
前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表され、
前記音波信号出力装置は、所定時間毎に、出力する音波信号を切り替える手段を備え、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号を、循環させながら出力することを特徴とする音波信号出力装置。
【請求項２】
前記音波信号の所定数のビットの一部が、前記部分情報を表し、残りの一部が、当該部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを示す情報を表すものであることを特徴とする請求項１に記載の音波信号出力装置。
【請求項３】
ある時点で出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が前記情報の開始を示す情報を表すものであり、次に切り替わりながら出力される複数の前記音波信号の各々は、その所定数のビットの少なくとも一部が前記部分情報を表すものであり、その後に切り替わって出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が前記情報の終了を示す情報を表すものであることを特徴とする請求項１に記載の音波信号出力装置。
【請求項４】
ある時点で出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が、次に出力されるべき前記音波信号の表す前記部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを示す情報を表すものであり、次に切り替わって出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が、当該部分情報を表すものであることを特徴とする請求項１に記載の音波信号出力装置。
【請求項５】
前記音波信号の所定数のビットの残りの一部が、当該所定数のビットの誤りを検出するための符号となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の音波信号出力装置。
【請求項６】
複数の音波信号出力装置の各々により出力されるべき音波信号を管理する音波信号管理装置であって、
各々の音波信号出力装置に対し、前記音波信号を用いて伝達すべき情報として、当該音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報を割り当てる手段と、
可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数を所定数のビットに対応させ、各ビットの値を対応する周波数の正弦波の出力の有無により表す、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号が、所定時間継続して出力されるように、音波信号のデータを生成する手段と、
前記情報を、複数の部分情報に分割し、各々の部分情報を、前記所定数のビットの少なくとも一部が表すように、前記音波信号のデータを生成させ、前記情報を構成する順番に従って、各々の部分情報についての前記音波信号のデータを繋ぎ合わせる手段と、
繋ぎ合わされた前記音波信号のデータを、前記情報が割り当てられた音波信号出力装置へ渡す手段と、を備えることを特徴とする音波信号管理装置。
【請求項７】
前記音波信号出力装置に、繋ぎ合わされた前記音波信号のデータを繰り返し再生させることにより、所定時間毎に出力される音波信号が切り替えられ、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号が、循環しながら出力されることを特徴とする請求項６に記載の音波信号管理装置。
【請求項８】
一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を入力する手段を備える携帯端末装置であって、
前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、
前記音波信号を用いて伝達される情報は、前記音波信号を出力する装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、
前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表され、
前記携帯端末装置は、
所定時間毎に、入力した前記音波信号を構成する一つ又は複数の正弦波の周波数を検出して、前記所定数のビットの各値を求める手段と、
前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を蓄積し、蓄積された複数の前記部分情報を順番に従って組み立てて、前記情報を復元する手段と、を備えることを特徴とする携帯端末装置。
【請求項９】
前記所定数のビットのうち一部のビットの各値から、前記部分情報を得るとともに、前記所定数のビットのうち残りの一部のビットの各値から、当該部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを示す情報を得て、前記情報を復元することを特徴とする請求項８に記載の携帯端末装置。
【請求項１０】
前記情報を復元する手段は、前記情報を復元した後、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を新たに蓄積し、新たに蓄積された複数の前記部分情報から前記情報を復元するという処理を、繰り返すものであり、
所定回数続けて同一の情報が前記情報として得られた場合に、前記情報が誤りなく取得されたと判定する手段を、さらに備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の携帯端末装置。
【請求項１１】
前記所定数のビットのうち一部のビットの各値を、誤り検出のための符号として、当該所定数のビットの各値の誤りを検出し、訂正可能であれば訂正する手段を、さらに備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の携帯端末装置。
【請求項１２】
前記音波信号を出力する装置からの音波信号は、所定時間毎に切り替えられて出力されるものであり、
前記携帯端末装置が前記周波数の検出を行う時間間隔は、前記音波信号を出力する装置が前記音波信号の切り替えを行う時間間隔の１／２以下に設定されたものであることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の携帯端末装置。
【請求項１３】
前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を蓄積する手段は、当該部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを区別して蓄積するものであり、
前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報と、同一の部分を構成する部分情報が既に蓄積されている場合には、いずれか一方を選択して、前記情報の復元に用いることを特徴とする請求項１２に記載の携帯端末装置。
【請求項１４】
一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を出力する手段を備え、各々の音波信号が届く範囲が異なるように互いに離れて設置された、複数の音波信号出力装置を用いて、携帯端末へ情報を伝達するための音波通信システムであって、
前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、
前記携帯端末へ伝達すべき情報は、各々の前記音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、
前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表され、
前記音波信号出力装置は、第一の所定時間毎に、出力する音波信号を切り替える手段を備え、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号を、循環させながら出力するものであり、
前記携帯端末は、第二の所定時間毎に、入力した前記音波信号を構成する一つ又は複数の正弦波の周波数を検出して、前記所定数のビットの各値を求める処理を行い、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報が複数蓄積されると、前記順番に従って組み立てて、前記情報を復元するものであることを特徴とする音波通信システム。
【請求項１５】
前記第一の所定時間は、前記携帯端末において、前記音波信号を入力して前記部分情報を得る処理を、前記情報を構成する前記部分情報の個数分行うのに要する時間が、前記携帯端末が、所望の最小距離だけ場所を移動するのに要する時間よりも、小さくなるように定められていることを特徴とする請求項１４に記載の音波通信システム。
【請求項１６】
前記携帯端末は、前記情報を復元した後、新たな前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報から前記情報を復元するという処理を、繰り返すものであり、所定回数続けて同一の情報が前記情報として得られた場合に、前記情報が誤りなく取得されたと判定するものであり、
前記第一の所定時間は、前記携帯端末において、前記音波信号を入力して前記部分情報を得る処理を、前記情報を構成する前記部分情報の個数分行うことを、前記所定回数分繰り返すのに要する時間が、前記携帯端末が、所望の最小距離だけ場所を移動するのに要する時間よりも、小さくなるように定められていることを特徴とする請求項１４に記載の音波通信システム。
【請求項１７】
前記第一の所定時間が前記第二の所定時間の２倍以上になるように、前記第一及び第二の所定時間が定められていることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の音波通信システム。
【請求項１８】
前記第二の所定時間は、前記可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が、いずれも所望の精度で検出可能なように定められていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の音波通信システム。
【請求項１９】
前記携帯端末からの前記情報に基づく問い合わせに応答して、前記情報と関連付けられた場所に特有のサービス情報を提供するサーバ装置を、さらに備えることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の音波通信システム。
【請求項２０】
コンピュータにインストールされて、複数の音波信号出力装置の各々により出力されるべき音波信号を管理する音波信号管理装置として、前記コンピュータを動作させるプログラムであって、
各々の音波信号出力装置に対し、前記音波信号を用いて伝達すべき情報として、当該音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報を割り当てるための処理を行うプログラムコードと、
可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数を所定数のビットに対応させ、各ビットの値を対応する周波数の正弦波の出力の有無により表す、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号が、所定時間継続して出力されるように、音波信号のデータを生成するための処理を行うプログラムコードと、
前記情報を、複数の部分情報に分割し、各々の部分情報を、前記所定数のビットの少なくとも一部が表すように、前記音波信号のデータを生成させ、前記情報を構成する順番に従って、各々の部分情報についての前記音波信号のデータを繋ぎ合わせるための処理を行うプログラムコードと、
繋ぎ合わされた前記音波信号のデータを、前記情報が割り当てられた音波信号出力装置へ渡すための処理を行うプログラムコードと、を備えることを特徴とするコンピュータ用プログラム。
【請求項２１】
一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を入力する手段を備える携帯端末装置にインストールされるプログラムであって、
前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、
前記音波信号を用いて伝達される情報は、前記音波信号を出力する装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、
前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表され、
前記プログラムは、
所定時間毎に、入力した前記音波信号を構成する一つ又は複数の正弦波の周波数を検出して、前記所定数のビットの各値を求めるための処理を行うプログラムコードと、
前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を蓄積し、蓄積された複数の前記部分情報を順番に従って組み立てて、前記情報を復元するための処理を行うプログラムコードと、を備えることを特徴とする携帯端末装置用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々の場所に設置されている音波信号出力装置を利用して、移動する携帯端末のその時々の場所を把握し、各場所に応じた情報もしくはサービスを提供するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビルや店舗等で、屋内測位技術を活用し、携帯端末の使用者が歩行中にその位置情報をリアルタイムで得て、位置情報に依存した情報やサービスを提供しようという動きが、活発になっている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
本出願人も、可聴周波数の上限域を利用した音波信号によって測位を可能にし、場所に関連したサービスを行うための技術を、開発している（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０６２７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「特集  歩み出す屋内測位」日経エレクトロニクス  ２０１３年５月２７日号、２７〜４１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される方式は、屋内や地下空間をも運用環境とすることができ、携帯端末の使用者の歩行による移動にも対応可能であり、運用環境の景観も害することなく、携帯端末に一般的に内蔵されている音声入力機能等を利用して、場所を特定する情報を取得することができるという利点を有する。
【０００７】
このうち、歩行による移動に対応できる処理の高速性は、搬送波を変調して情報を載せた音波信号ではなく、一つ又は複数の互いに異なる周波数の正弦波を単純に重畳した音波信号を用い、重畳された中に所定の周波数が有るか無いかでビット値を表現することにより、実現されている。かかる方式では、変調された搬送波の全体が受信されるのを待って復調処理を行う時間が不要となり、高速フーリエ変換等による正弦波の周波数の検出だけで、同時に複数ビットの値が取得でき、即座に情報を復元できるためである。
【０００８】
このように、同じ音波信号が出力され続けているところで、どのようなタイミングで音波信号を受信しても、受信したそのときに、同時に複数ビットの値が取得できるという特性を有する方式であるが、利用できる周波数域が、人間に聴こえ難く且つ一般の携帯端末で入力可能な範囲に限定されており、複数のビットに対応させる複数の周波数の各々の間隔も、検出精度との関係で狭くできる限度が存在するため、伝送できるビット数（情報量）に限りがある。
【０００９】
しかし、多数の音波信号出力装置を用い、多数の場所を固有に識別したい場合、音波信号により伝送できる情報量（固有に識別可能な数）を多くしたいという要望が生じてくる。
【００１０】
本発明は、音波信号により携帯端末へ、場所に関連する情報を伝達するためのシステムにおいて、携帯端末の使用者の歩行による移動に対応できる処理の高速性を維持しつつ、伝送可能な情報量を増加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の原理に従う一例に係る音声信号出力装置は、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を出力する手段を備え、前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、前記音波信号を用いて伝達すべき情報は、前記音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表される。前記音波信号出力装置は、所定時間毎に、出力する音波信号を切り替える手段を備え、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号を、循環させながら出力する。
【００１２】
この構成によれば、一つの時点の音波信号だけでは、最大でも上記所定数のビット分の情報量しか伝送できないところ、伝達すべき情報を複数に分割して、複数の時点の音波信号を利用することが可能になるため、伝送可能な情報量を増加させることが可能になる。
【００１３】
このような音波信号を入力する側の携帯端末が、どのようなタイミングで音波信号を受信しても、同時に複数ビットの値を取得することを何回か繰り返すことによって、情報を復元できるようにするため、例えば、以下のような構成を付加するとよい。
【００１４】
第１の構成では、前記音波信号の所定数のビットの一部が、前記部分情報を表し、残りの一部が、当該部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを示す情報を表すようにする。これにより、音波信号を入力した携帯端末は、その音波信号により受信した部分情報が復元されるべき情報のどの部分に相当するものであるかを、その音波信号自体から、求めることが可能になる。
【００１５】
第２の構成では、ある時点で出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が前記情報の開始を示す情報を表すものであり、次に切り替わりながら出力される複数の前記音波信号の各々は、その所定数のビットの少なくとも一部が前記部分情報を表すものであり、その後に切り替わって出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が前記情報の終了を示す情報を表すものであるようにする。
【００１６】
第３の構成では、ある時点で出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が、次に出力されるべき前記音波信号の表す前記部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを示す情報を表すものであり、次に切り替わって出力される前記音波信号は、その所定数のビットの少なくとも一部が、当該部分情報を表すものであるようにする。
【００１７】
上記のいずれの構成においても、前記音波信号の所定数のビットの残りの一部が、当該所定数のビットの誤りを検出するための符号となっているようにしてもよい。さらに、この符号で、誤り訂正を可能とすれば、所定数のビットの各値として正しい値が得られる可能性を高くできる。本構成では、ある部分情報についての所定数のビットが正しく受信できなかった場合、同じ部分情報を含む音波信号が再び出力されるのは、他の部分情報を含む音波信号が順番に出力された後になるから、誤り訂正により、そこまで待たなければならない可能性を低くできることになる。
【００１８】
本発明の原理に従う一例に係る音波信号管理装置は、複数の音波信号出力装置の各々により出力されるべき音波信号を管理するものであり、各々の音波信号出力装置に対し、前記音波信号を用いて伝達すべき情報として、当該音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報を割り当てる手段と、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数を所定数のビットに対応させ、各ビットの値を対応する周波数の正弦波の出力の有無により表す、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号が、所定時間継続して出力されるように、音波信号のデータを生成する手段と、前記情報を、複数の部分情報に分割し、各々の部分情報を、前記所定数のビットの少なくとも一部が表すように、前記音波信号のデータを生成させ、前記情報を構成する順番に従って、各々の部分情報についての前記音波信号のデータを繋ぎ合わせる手段と、繋ぎ合わされた前記音波信号のデータを、前記情報が割り当てられた音波信号出力装置へ渡す手段と、を備える。
【００１９】
上記の音波信号管理装置は、各音波信号出力装置に、繋ぎ合わされた前記音波信号のデータを繰り返し再生させることにより、所定時間毎に出力される音波信号が切り替えられ、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号が、循環しながら出力されるようにすることができる。
【００２０】
本発明の原理に従う一例に係る携帯端末装置は、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を入力する手段を備え、前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、前記音波信号を用いて伝達される情報は、前記音波信号を出力する装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表される。前記携帯端末装置は、所定時間毎に、入力した前記音波信号を構成する一つ又は複数の正弦波の周波数を検出して、前記所定数のビットの各値を求める手段と、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を蓄積し、蓄積された複数の前記部分情報を順番に従って組み立てて、前記情報を復元する手段と、を備える。
【００２１】
この構成によれば、正弦波の周波数を検出した携帯端末装置は、例えば、所定数の周波数の並びのうち、検出された周波数については値を１とし、検出されなかった周波数については値を０として、ビット列に置き換えることにより、音波信号に含まれていた部分情報を得ることができ、この処理を複数の部分情報について行うことにより、高速に、情報を復元することができる。
【００２２】
上記の携帯端末装置は、前記所定数のビットのうち一部のビットの各値から、前記部分情報を得るとともに、前記所定数のビットのうち残りの一部のビットの各値から、当該部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを示す情報を得て、前記情報を復元するものであってもよい。これは、上述した第１の構成に対応するものである。
【００２３】
携帯端末装置において、前記情報を復元する手段を、前記情報を復元した後、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を新たに蓄積し、新たに蓄積された複数の前記部分情報から前記情報を復元するという処理を、繰り返すものとし、所定回数続けて同一の情報が前記情報として得られた場合に、前記情報が誤りなく取得されたと判定する手段を、さらに備えるようにしてもよい。
【００２４】
これにより、携帯端末装置において復元された情報が、音波信号により伝達されるべき情報であるという信頼性を、向上させることが可能になる。本構成では、伝達されるべき情報の全体が同時に受信されるのではなく、複数の部分情報に時分割されて受信されるから、自由空間を経由して届く音波信号に誤りが生じる機会が増えたり、複数の部分情報のうちの一部がある音波信号出力装置から、残りが別の音波信号出力装置から受信されたりして、正しく情報が復元できない可能性が増加するが、そのような問題を解消することが可能になる。
【００２５】
部分情報についての所定数のビットを正しく取得できる可能性を高めるには、携帯端末において、前記所定数のビットのうち一部のビットの各値を、誤り検出のための符号として、当該所定数のビットの各値の誤りを検出し、訂正可能であれば訂正する手段を、さらに備えるようにするとよい。
【００２６】
前記音波信号を出力する装置からの音波信号が、所定時間毎に切り替えられて出力されるものであるとして、前記携帯端末装置が前記周波数の検出を行う時間間隔は、前記音波信号を出力する装置が前記音波信号の切り替えを行う時間間隔の１／２以下に設定されたものとしてもよい。
【００２７】
これにより、本構成では、音波信号出力装置からの音波信号の出力タイミングと、携帯端末装置における音波信号の入力タイミングとが、同期しておらず、携帯端末装置において一つの音波信号を入力すべき期間の途中で、出力される音波信号が切り替わってしまう可能性があるところ、各々の入力が行われる期間の長さを、出力が切り替わる期間の長さの１／２以下（あるいは１／３以下）とすることにより、音波信号が途中で切り替わって受信結果がエラーとなる期間は、２回のうち１回以下（あるいは３回のうち１回以下）となるから、一つの音波信号が出力されている期間内で少なくとも１回は、正しい音波信号が入力されることになる。
【００２８】
上記のように、受信結果がエラーとなる期間と正しい受信結果が得られる期間とが周期的に入れ替わることに対応できるよう、携帯端末装置において、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を蓄積する手段を、当該部分情報が前記情報のどの部分を構成するかを区別して蓄積するものとし、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報と、同一の部分を構成する部分情報が既に蓄積されている場合には、いずれか一方を選択して、前記情報の復元に用いるようにしてもよい。
【００２９】
本発明の原理に従う一例に係る音波通信システムは、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を出力する手段を備え、各々の音波信号が届く範囲が異なるように互いに離れて設置された、複数の音波信号出力装置を用いて、携帯端末へ情報を伝達する。前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、前記携帯端末へ伝達すべき情報は、各々の前記音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表される。前記音波信号出力装置は、第一の所定時間毎に、出力する音波信号を切り替える手段を備え、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号を、循環させながら出力するものであり、前記携帯端末は、第二の所定時間毎に、入力した前記音波信号を構成する一つ又は複数の正弦波の周波数を検出して、前記所定数のビットの各値を求める処理を行い、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報が複数蓄積されると、前記順番に従って組み立てて、前記情報を復元するものである。
【００３０】
前記第一の所定時間は、前記携帯端末において、前記音波信号を入力して前記部分情報を得る処理を、前記情報を構成する前記部分情報の個数分行うのに要する時間が、前記携帯端末が、所望の最小距離だけ場所を移動するのに要する時間よりも、小さくなるように定めてもよい。これにより、携帯端末の使用者の歩行による移動に対応できる処理の高速性を、確実に保つことが可能になる。
【００３１】
前記携帯端末が、前記情報を復元した後、新たな前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報から前記情報を復元するという処理を、繰り返すものであり、所定回数続けて同一の情報が前記情報として得られた場合に、前記情報が誤りなく取得されたと判定するものである場合は、前記第一の所定時間は、前記携帯端末において、前記音波信号を入力して前記部分情報を得る処理を、前記情報を構成する前記部分情報の個数分行うことを、前記所定回数分繰り返すのに要する時間が、前記携帯端末が、所望の最小距離だけ場所を移動するのに要する時間よりも、小さくなるように定めてもよい。これにより、復元された情報の信頼性を高めつつ、携帯端末の使用者の歩行による移動に対応することが可能になる。
【００３２】
上述したように、前記第一の所定時間が前記第二の所定時間の２倍以上になるよう、前記第一及び第二の所定時間を定めてもよい。
【００３３】
そして、前記第二の所定時間は、前記可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が、いずれも所望の精度で検出可能なように定めてもよい。
【００３４】
上記の音波通信システムは、前記携帯端末からの前記情報に基づく問い合わせに応答して、前記情報と関連付けられた場所に特有のサービス情報（例えば、位置情報及び／又はコンテンツ情報等）を提供するサーバ装置を、さらに備えてもよい。
【００３５】
上述した音波信号出力装置に係る全ての発明は、音波信号管理装置の発明としても、携帯端末装置の発明としても、音波通信システムの発明としても、成立するものであり、上述した携帯端末装置に係る全ての発明は、音波通信システムの発明としても、成立するものであり、上述した音波通信システムに係る全ての発明は、音波信号出力装置の発明としても、音波信号管理装置の発明としても、携帯端末装置の発明としても、成立するものである。また、上述した装置及びシステムに係る発明は、方法の発明としても、プログラム（又はそのプログラムを記録した記録媒体）の発明としても、成立するものである。
【００３６】
例えば、本発明の原理に従う一例に係るコンピュータ用プログラムは、コンピュータにインストールされて、複数の音波信号出力装置の各々により出力されるべき音波信号を管理する音波信号管理装置として、前記コンピュータを動作させる。前記プログラムは、各々の音波信号出力装置に対し、前記音波信号を用いて伝達すべき情報として、当該音波信号出力装置が設置された場所との関連付けが可能な情報を割り当てるための処理を行うプログラムコードと、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数を所定数のビットに対応させ、各ビットの値を対応する周波数の正弦波の出力の有無により表す、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号が、所定時間継続して出力されるように、音波信号のデータを生成するための処理を行うプログラムコードと、前記情報を、複数の部分情報に分割し、各々の部分情報を、前記所定数のビットの少なくとも一部が表すように、前記音波信号のデータを生成させ、前記情報を構成する順番に従って、各々の部分情報についての前記音波信号のデータを繋ぎ合わせるための処理を行うプログラムコードと、繋ぎ合わされた前記音波信号のデータを、前記情報が割り当てられた音波信号出力装置へ渡すための処理を行うプログラムコードと、を備える。
【００３７】
別の例として、本発明の原理に従う一例に係る携帯端末装置用プログラムは、一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を入力する手段を備える携帯端末装置にインストールされる。前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、前記音波信号を用いて伝達される情報は、前記音波信号を出力する装置が設置された場所との関連付けが可能な情報であり、前記情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表される。前記プログラムは、所定時間毎に、入力した前記音波信号を構成する一つ又は複数の正弦波の周波数を検出して、前記所定数のビットの各値を求めるための処理を行うプログラムコードと、前記所定数のビットの各値に基づいて得られる前記部分情報を蓄積し、蓄積された複数の前記部分情報を順番に従って組み立てて、前記情報を復元するための処理を行うプログラムコードと、を備える。
【発明の効果】
【００３８】
以上のとおり、本発明によれば、音波信号により携帯端末へ、場所に関連する情報を伝達するためのシステムにおいて、携帯端末の使用者の歩行による移動に対応できる処理の高速性を維持しつつ、伝送可能な情報量を増加させることが可能になる。しかも、所定時間毎に切り替わる音波信号は、自然界や他のシステムから発せられる可能性が少ないため、携帯端末において、伝達されていない情報を誤って取得してしまう可能性が低減されるという効果も奏される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る音波通信システムの全体構成を示す図。
【図２】ＩＤ管理サーバの管理するＩＤ情報テーブルの一例を示す図。
【図３】本実施形態の第１の方式におけるタイムスロット（ＴＳ）の構造を示す図。
【図４】ＴＳのビット列への音波周波数（ｋＨｚ）の割り当ての一例を示す図。
【図５】本実施形態におけるフレームの構造の一例を示す図。
【図６】ＩＤ発信機の内部構成の一例を示す図。
【図７】携帯端末の機能構成の一例を示す図。
【図８】携帯端末における１次キャッシュの構造の一例を示す図。
【図９】携帯端末における２次キャッシュの構造の一例を示す図。
【図１０】位置管理サーバの管理する位置情報テーブルの一例を示す図。
【図１１】コンテンツサーバの管理するコンテンツ情報テーブルの一例を示す図。
【図１２】本実施形態の第１の方式による位置ＩＤの伝達の仕組みを説明する図。
【図１３】本実施形態の第１の方式により発信される音波信号の時系列の推移を説明する図。
【図１４】高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の間隔とタイムスロットとの関係の一例を説明する図。
【図１５】時分割された音波信号を復元するための処理の一例を示すフロー図。
【図１６】本実施形態の第２の方式におけるＴＳ及びフレームの構造を示す図。
【図１７】本実施形態の第３の方式におけるＴＳ及びフレームの構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態に係る音波通信システムについて、例示のために、図面を用いて説明する。
【００４１】
本例に係る音波通信システムは、概略、次のような技術である。所定の空間（例えば、ビル、店舗等）の各所に設置されたＩＤ発信機から、人間の耳には聞こえにくい高音域の音声信号（以下、人間にとっての意味で、非可聴音波と呼ぶことがあるが、マイクロフォンで入力可能という意味からは、可聴周波数の上限域の音波信号である）を発信し続ける。
【００４２】
この所定の空間内を、携帯端末を持った人間が歩き回る間に、携帯端末が、それぞれの場所で発信されている音波信号を、端末に内蔵されているマイクロフォンによって受信し、当該信号に含まれる位置ＩＤを取得する。
【００４３】
携帯端末は、取得した位置ＩＤを用いて、ネットワーク経由でサーバへ問い合わせたり、端末内にキャッシュされている情報を検索したりすることにより、その場所の位置情報や、その場所に関連付けられたコンテンツ（いずれも、その場所に来てＩＤ発信機から音波信号を受信した携帯端末に対して、システム側が提供したい情報であり、以下、位置情報等と呼ぶことがある）を、受け取ることができる。
【００４４】
人間が、時速４．８ｋｍで歩行する場合、１ｍ移動する時間は、７５０ミリ秒であり、この時間内に、音波信号を受信して位置ＩＤを得る処理を終わらせることができれば、２歩以内での位置ＩＤ取得を実現することができる。そうすると、人間が、立ち止まらずに相当なスピードで歩行し続けていても、多数のＩＤ発信機を高密度に配置した空間であれば、移動した場所を十分に細かく検出することが可能になるし、ある場所に来た携帯端末に積極的に何かを通知したい場合等は、ＩＤ発信機の音波が届く範囲に入った時間が短くても情報を受け取らせることが可能になる。
【００４５】
音波信号は、例えば、１５ｋＨｚ〜２２ｋＨｚ台の可聴周波数の上限域（超音波音ともいう）を使用する。この音域の音声は、一般の人間には聞き取ることができない音域であり、周囲に気づかれることなく信号を出すことができる。聞き取れてしまう可能性を減らすためには、使用する音域の下限を１７ｋＨｚ台とする方が、より好ましい。また、この周波数帯を使用することで、超音波用の専用機器ではなく、通常市販されるスピーカ等でＩＤ発信機を構成し、通常市販されるスマートフォン等で携帯端末を構成することができる。より広範な機器を利用可能とするためには、使用する音域の上限を２０ｋＨｚ台とする方が、より好ましい。
【００４６】
本技術を適用したシステムは、例えば、図１に示すように、屋内又は屋外の自由空間１００内の各所に設置され、非可聴音波による位置ＩＤを発信するＩＤ発信機１０−ｎ（ｎは１〜Ｎ）を備える。この自由空間１００内で、各々が携帯端末（例えばスマートフォンやタブレット等の音声を利用できる携帯型情報機器）２０−ｉを持った複数のユーザが、歩き回ることができる。本技術を適用した携帯端末２０−ｉは、ＩＤ発信機が発する音波信号が届く範囲に入ると、音波信号を受信して、そこに含まれている位置ＩＤを抽出する機能を有する。
【００４７】
本技術を適用したシステムは、さらに、携帯端末２０−ｉへ、位置ＩＤに対応する位置情報を提供する位置サーバ４００、及び／又は、位置ＩＤに対応するコンテンツを提供するコンテンツサーバ５００を備えてもよい。また、ＩＤ発信機１０−ｎが発信する位置ＩＤを管理するＩＤ管理サーバ４５０を備えてもよい。携帯端末２０−ｉと位置サーバ４００及びコンテンツサーバ５００との間は、インターネット３００等のネットワーク設備（無線ＬＡＮや携帯電話網等）を経由して通信が行われる。
【００４８】
本例では、位置ＩＤとして、３２ビット以上のグローバルユニークなアドレス空間を使用する。位置ＩＤの生成と管理は、ＩＤ管理サーバ４５０が一元的に行っており、重複して生成されたり使用されたりしないようにしている。位置ＩＤの生成は、未使用の空間から連続して１個ずつ作成される場合、任意に指定した未使用のＩＤが１個ずつ作成される場合、範囲を指定してまとめて作成される場合、任意に指定した作成済みＩＤが再作成される場合がある。
【００４９】
ＩＤ管理サーバ４５０は、また、生成した位置ＩＤを音波信号に変換し、音波信号ファイルを生成する機能も有する。音波信号ファイルは、音声ファイル形式として出力される。複数ファイルを生成した場合は、ｚｉｐファイルにアーカイブされる。生成された音波信号ファイルは、システム管理者が、ＳＤカードやＵＳＢメモリにコピーして、各ＩＤ発信機１０−ｎの内蔵メモリへ読み込ませる。もしくは、各ＩＤ発信機１０−ｎとＩＤ管理サーバ４５０との間が、ネットワーク経由で通信可能であれば、ＩＤ管理サーバ４５０が、各ＩＤ発信機１０−ｎへ音声信号ファイルを送信するようにしてもよい。
【００５０】
ＩＤ管理サーバ４５０には、ＩＤ管理データベースが含まれており、そのテーブルには、例えば、図２に示すように、発行済み位置ＩＤ、音波信号ファイル名、ＩＤ発信機の管理番号、使用状況を示すフラグがある。発行済み位置ＩＤの欄には、連続した位置ＩＤが並ぶように、生成した位置ＩＤを登録する。ある位置ＩＤの音波信号ファイルを生成した場合は、その位置ＩＤに対応する音波信号ファイル名を登録する。また、ある発行済み位置ＩＤを使用するＩＤ発信機がある場合は、その位置ＩＤに対応するＩＤ発信機の管理番号を登録し、使用中フラグを１にする。未使用の位置ＩＤの使用中フラグは０とすることにより、位置ＩＤの在庫確認ができるようにしている。
【００５１】
なお、位置ＩＤが使用中ということが、その位置ＩＤに対応して、位置サーバ４００による位置情報、及び／又は、コンテンツサーバ５００によるコンテンツ情報の提供が可能になっていることを意味するように、ＩＤ管理サーバ４５０と、位置サーバ４００及び／又はコンテンツサーバ５００とを、ネットワーク等で接続し、連携するように構成してもよい。
【００５２】
３２ビット空間を持つ位置ＩＤは、１６進法で８ビットごとに“-”（ダッシュ）で区切って表記すると、例えば、01-01-01-01、01-02-03-04、aa-bb-cc-dd等のようになる。以下には、この位置ＩＤを、非可聴音波信号に変換する手順を説明する。
【００５３】
位置ＩＤを“-”で区切った一つを、オクテットと呼ぶ。本例における位置ＩＤでは、第１オクテットから第４オクテットまで、４つのオクテットが存在する。例えば、位置ＩＤが「01-01-01-01」であった場合、第１オクテットは「01」（１０進数で１）、第２オクテットは「01」（同）、第３オクテットは「01」（同）、第４オクテットは「01」（同）である。
【００５４】
音波信号は、この第１〜第４オクテットの情報を時系列に繋いで、一定時間循環させる。その際、図３に示すように、第１オクテットは第１タイムスロット（順序(1)）に、第２オクテットは第２タイムスロット（順序(2)）に、第３オクテットは第３タイムスロット（順序(3)）に、第４オクテットは第４タイムスロット（順序(4)）に、入れる。
【００５５】
本例における各タイムスロット（ＴＳ）は、少なくとも１５ビット分の長さを持つ。タイムスロットには、各オクテット情報を示す８ビットにタイムスロットの順序（ＴＳ番号）を示す２ビットを加える。第１タイムスロットのＴＳ番号は「00」、第２タイムスロットのＴＳ番号は「01」、第３タイムスロットのＴＳ番号は「10」、第４タイムスロットのＴＳ番号は「11」となる。
【００５６】
本例における各タイムスロット（ＴＳ）は、さらに、上記のオクテット情報のビット列にタイムスロット順序の２ビットを加えた１０ビットのデータのハミングコードを計算し、その５ビットを追加し、合計１５ビットのデータを、タイムスロットに入れる。
【００５７】
ここで追加される５ビットは、音波信号が自由空間を伝播するために、信号の欠損等が頻繁に起こり得ることを考慮したものであり、エラー検出と訂正に使用される。本例では、このエラー検出及び訂正に、エラー検出訂正符号方式を使用しており、２ビットエラー検出、１ビットエラー訂正を採用している。
【００５８】
なお、図３は一つの例であって、音波信号のビット数は、１５ビットでなくてもよいし、ＴＳ番号のビット数も、２ビットに限定されるものではなく、分割された位置ＩＤ（ＩＤ要素、上記の例ではオクテット）のビット数も、８ビットに限定されるものではなく、エラー検出訂正符号（冗長コード、上記の例ではハミング符号）のビット数も、５ビットでなくても（あるいはエラー検出又は訂正を行わなくても）構わない。
【００５９】
続いて、タイムスロットのビット列１５ビット分を音波信号に変換する。それぞれのビットに対応する音波周波数をあらかじめ決定しておき、図４に示すようなテーブルに従って、ビット列を音波に変換する。図４の例では、１８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数を用いており、ｋビット目（ｋ＝１〜１５）が、１であれば、［20000−（ｋ−１）×100］Ｈｚの音波を発生し、０であれば、当該周波数の音波を発生しない。よって、１５ビットのうちｍ個のビットが１であれば、ｍ個の異なる周波数の音波（正弦波）が同時に、音波信号として出力されることになる。
【００６０】
本実施形態における音波信号は、搬送波を変調することによってビット列の情報を載せるのではなく、周波数の異なる１５個の正弦波を１５ビットに対応させて、各正弦波の有無によりビット列の情報を表すものである。音波信号を受信する側は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の結果、当該周波数の成分を取得できた場合は、そのビットを1として認識し、周波数成分が取得できなかった場合は、そのビットを０として認識して、ビット列の情報を復元する。本方式では、変復調を行わず、同時に全ビットの情報を受信することができるため、高速に信号を取得し、解析を行うことが可能になる。
【００６１】
音波信号を構成する各正弦波の周波数の間隔は、例えば、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度とすることができる（図４の例では、１００Ｈｚとしている）。可聴周波数の上限域の幅が限られていることから、周波数の間隔を狭くすれば、より多くのビット数の情報を含めることができることになるが、一方で、周波数の間隔を狭くすると、ＦＦＴによる解析の際の干渉を排除するために、サンプリング点数を多くする必要があり、タイムスロットの時間を長くする（あるいは、ＦＦＴの実装が複雑になるが、サンプリング周波数を高くする）必要が生じる。これらの要素を比較考量の上、各々のシステムの特性に適した周波数の間隔を定めればよい。
【００６２】
本例では、一つのタイムスロットの時間を５０ミリ秒以内の所定時間として、各々のタイムスロットの音波信号（本例では、４つの音波信号）を生成する。つまり、上述した各周波数の正弦波を、タイムスロット時間の間、出力し続ける。その後、第１タイムスロットから第４タイムスロットまで、順番通りに音波信号を繋ぎ合わせ、２００ミリ秒以内の所定時間の間継続する音波信号を作成する。この音波信号をフレームと呼ぶ。
【００６３】
つまり、本方式では、フレームの時間を２００ミリ秒とすると、そのうち、０〜５０ミリ秒の間は、位置ＩＤの最初の１／４のビット列の情報を含む音波信号が出力され続け、５０〜１００ミリ秒の間は、位置ＩＤの２番目の１／４のビット列の情報を含む音波信号が出力され続け、１００〜１５０ミリ秒の間は、位置ＩＤの３番目の１／４のビット列の情報を含む音波信号が出力され続け、１５０〜２００ミリ秒の間は、位置ＩＤの最後の１／４のビット列の情報を含む音波信号が出力され続けることになる。
【００６４】
図５に示すように、フレームを任意の回数で（図５の例では、３回）リピートさせて、音波信号ファイルを作成する。音波信号ファイルは、有限回数のフレームの信号を記録するが、ＩＤ発信機１０−ｎでは、記録された音波信号を再生し終わると、初めに戻って再生を続けることにより、同一の周期的変化を有する音波信号を出力し続けるため、音波信号ファイルは、一つのフレームの信号を記録するだけでもよい。
【００６５】
ＩＤ管理サーバ４５０は、複数の位置ＩＤを、それぞれの音波信号ファイルに変換する際は、作成された信号ファイルを自動でアーカイブすることを選択できるようにする。このとき作成される音波信号ファイルは、ＷＡＶ、ＡＩＦＦ、ＭＰ３などのファイルフォーマットである。
【００６６】
また、音波信号ファイルの生成に当たり、ファイルに含める信号を２チャンネルで構成して、一方のチャンネルには、位置ＩＤを示す音波信号を記録し、他のチャンネルには、特定の周波数（可聴周波数の上限域以外の周波数でもよい）の正弦波（再生状況信号）を記録することができる。
【００６７】
位置ＩＤの情報は、ＩＤ発信機が１０−ｎが、音波信号ファイルから音波信号を再生して、スピーカ等から出力することにより、上述したように非可聴音波に含められて、自由空間を通じて発信される。音波信号ファイルに含められる信号が１チャンネルの場合には、位置ＩＤを示す音波信号のみが記録される。
【００６８】
音波信号ファイルに含められる信号が２チャンネルの場合には、ＩＤ発信機が１０−ｎが、位置ＩＤを示す音波信号を再生するのと同時に、同じファイルに入っている再生状況信号をも再生するため、この再生状況信号が実際に再生されていることを検出して、当該ＩＤ発信機が音波発信中であることを、ＬＥＤ等の表示装置で示すことが可能になる。音波は目に見えず、人間の耳には聴こえないため、音波発信中であることを視覚で確認できると、運用管理上、便利である。
【００６９】
なお、本例では、再生状況信号がＩＤ発信機の内部で再生されていることをもって、位置ＩＤを示す音波信号がＩＤ発信機の外部へ出力されているものとして表示を行うが、より正確に再生状況を知らせるには、可聴周波数の上限域の範囲内であるが位置ＩＤのビットを表すのには使われない周波数の正弦波を、再生状況信号として記録しておき、再生状況信号もスピーカから出力して、これをマイクロフォンで入力することにより、当該ＩＤ発信機が音波発信中であるか否かを検出するようにしてもよい。
【００７０】
あるいは、単に音波発信中というだけでなく、正常に音波発信中であるか否かを表示装置で示すためには、自由空間へ発信された音波信号をマイクロフォンで入力し、上述したエラー検出符号を利用して音波信号の解析を行うという処理を、継続して行い、エラーが検出された場合（又はエラーが検出され且つ訂正できなかった場合）に、異常を示すＬＥＤランプを点灯させる等の表示をしてもよい。
【００７１】
再生状況ないし音波発信状況を、再生状況信号ないし音波信号をマイクロフォンで入力して検出する例では、そのマイクロフォンは、音波信号を発信するＩＤ発信機自身が備えていてもよいし、システム管理者等の携帯端末が備えていて、検出結果を表示装置へ送るようにしてもよい。表示装置も、各ＩＤ発信機が自身の状況を表示するために備えていてもよいし、複数のＩＤ発信機の管理をまとめて行うセンタ（又はＩＤ管理サーバ４５０）が備えていてもよい。
【００７２】
図６は、ＩＤ発信機１０−ｎの内部構成の一例を示す。図６のＩＤ発信機１０−ｎは、ネットワークに接続することなく、独立して音波信号を発信することが可能であり、電源を外部から供給するための電源部１１０と、電源のオン／オフ、音波信号の再生、停止、音量の増減等の操作を行うための操作入力部１２０と、赤外線リモコンの操作を受光するための赤外線受光部１３０と、音波信号の再生、停止、音量の増減等を制御するための制御部１４０と、ＳＤカード等の外部記憶装置１５０からデータ（音波信号ファイル）を読み込んで記憶するためのデータ記憶部１６０と、データ記憶部１６０に記憶されたデータから音波信号を再生し、増幅するための再生部１７０と、再生部１７０で再生された音波を、指定された音量でスピーカから出力するための音声出力部１８０とを備える。
【００７３】
ＩＤ発信機１０−ｎは、さらに、再生される音波信号ファイルが２チャンネルあり、再生中の一方のチャンネルに特定の単一周波数の音波が記録されていることを検出している間は、表示部１９０のＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。これによって、非可聴音の再生状態を、より実態に即して表示させることができる。
【００７４】
図７は、携帯端末２０−ｉの内部構成のうち、位置ＩＤの取得に関する機能構成の一例を示す。例えば、携帯端末としてスマートフォンを用いる場合、音波信号を処理して位置ＩＤを取得する機能と、位置ＩＤに対応する情報をサーバ等から受け取る機能とを組み込んだアプリケーションプログラムを、スマートフォンにダウンロードさせることにより、携帯端末に、本システムを利用するための構成を備えさせることが可能である。
【００７５】
携帯端末２０−ｉは、音声入力部２１０と、周波数成分抽出部２２０と、エラー検出・訂正部２３０と、時分割復元部２４０と、位置ＩＤ候補抽出部２５０と、位置ＩＤ推定部２６０とを備える。
【００７６】
音声入力部２１０では、マイクロフォンにより入力した音波を、例えば、４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数を用いて、デジタルサンプリングによって符号化する処理を行う。
【００７７】
周波数成分抽出部２２０では、音波信号を高速フーリエ変換にかけて、周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を周波数変換テーブル２７０（図４）に基づいて、ビット列に置き換える（存在する周波数成分に対応付けられたビットの値は１とし、存在しない周波数成分に対応付けられたビットの値は０とする）。これにより、ある時点でのビット列（１５ビット）が取得される。
【００７８】
エラー検出・訂正部２３０は、周波数成分抽出部２２０により取得されたビット列のうち、下位５ビットをハミング符号(誤り訂正・検出符号)として、上位１０ビット分から計算したハミング符号と照合し、ビットのエラー検出を行う。例えば、２ビットまでのエラー検出と、1ビットのエラー訂正を行う。
【００７９】
時分割復元部２４０は、エラー検出・訂正部２３０において、エラーが検出されなかったか、エラーが訂正できた場合には、ビット列を確定する。そして、確定されたビット列のうち、上位１〜２ビット目のビット列（２ビット）を、タイムスロット順序（ＴＳ番号）として決定し、上位３〜１０ビット目のビット列（８ビット）をオクテット情報として、位置ＩＤ候補抽出部２５０へ渡す。このとき、２進数のビット列を、１６進表記に変換しておく。これにより、この時点で取得されたビット列に含まれるオクテット情報が、位置ＩＤのどの部分を構成するものなのかが、取得された同じビット列に含まれるＴＳ番号により、特定されることになる。
【００８０】
位置ＩＤ候補抽出部２５０は、１次キャッシュ２８０に、時分割復元部２４０から渡されたビット列を保持（登録する）。時分割復元部２４０からは、ビット列が確定できた都度、１タイムスロット分のオクテット情報とＴＳ番号が渡されるが、第１〜第４タイムスロットのうち途中や最後のタイムスロットが最初に渡されるかもしれないし、音波信号が全く受信されなかったり、エラーが訂正できなかったりして、間のタイムスロットが抜けて次のタイムスロットが渡されるかもしれない。
【００８１】
そこで、位置ＩＤ候補抽出部２５０は、図８に示すように、１次キャッシュ２８０に、１フレーム分の４つのオクテット情報を、渡された順ではなく、タイムスロット順に、登録するようにする。例えば、最初に第４タイムスロットが渡されたら、１次キャッシュ２８０の４番目の領域に第４オクテット情報を登録し、次に第２タイムスロットが渡されたら、１次キャッシュ２８０の２番目の領域に第２オクテット情報を登録する（図８（ｂ））。
【００８２】
ＩＤ発信機は、第１〜第４タイムスロットの音波信号を繰り返し発信し続けているので、携帯端末が同じ場所に留まっていれば、いずれは、第３タイムスロットのビット列が正常に受信できて、１次キャッシュ２８０の３番目の領域に第３オクテット情報が登録され、同様に、いつかは、第１タイムスロットのビット列が正常に受信できて、１次キャッシュ２８０の１番目の領域に第１オクテット情報が登録される。時分割復元部２４０から渡されたオクテット情報を、１次キャッシュ２８０の何番目の領域に登録すべきかが、同時に時分割復元部２４０から渡されたＴＳ番号により、特定される。
【００８３】
１次キャッシュ２８０において、４つのタイムスロット（ＴＳ番号が示す順序(1)〜(4)）の全てにオクテット情報が保持された場合（位置ＩＤが「01-01-01-01」の例では、オクテット情報がすべて0x01となり、図８（ａ）のようになる）は、それらを文字列に変換し、順序どおりに“-"区切りでつなげたものを、位置ＩＤ候補として２次キャッシュ２９０へ登録する。同時に、１次キャッシュ２８０の内容は消去して、次に時分割復元部２４０から渡されたオクテット情報から、新たに４つのタイムスロットのオクテット情報を登録できるようにし、次の位置ＩＤ候補が得られるようにする。
【００８４】
幾つかのタイムスロットのオクテット情報が未登録の場合（図８（ｂ））は、当該情報が全て登録されるまで待つが、その間に、携帯端末が、あるＩＤ発信機の範囲内の場所から別のＩＤ発信機の範囲内の場所へ移動した場合、第２及び第４オクテット情報はある位置ＩＤのものであり、第１及び第３オクテット情報は別のＩＤのものであることによって、復元された位置ＩＤ候補が、誤った位置ＩＤとなる可能性がある。
【００８５】
２次キャッシュ２９０は、そのために設けられたものであり、位置ＩＤとして、複数回続けて同一の位置ＩＤ候補が得られたときのみ、それを正しい位置ＩＤであると決定するようにする。つまり、携帯端末の移動にともなって、移動前後のオクテット情報が混在し、誤った位置ＩＤ候補が復元された場合は、移動後のオクテット情報のみから成る次の位置ＩＤ候補が、前の位置ＩＤ候補とは異なる値になるということを、利用する。
【００８６】
位置ＩＤを決定するのに同一の位置ＩＤ候補が続けて得られるべき回数を多く設定すれば、決定された位置ＩＤが正しいものである可能性は大きくなるが、多過ぎると、位置ＩＤが決定できる前に、携帯端末を持った人間が、別の位置ＩＤが割り当てられている場所へ移動してしまう可能性が高くなる。
【００８７】
本例では、１タイムスロットが５０ミリ秒、１フレームが２００ミリ秒であり、１つの位置ＩＤ候補が得られるのに、最低２００ミリ秒かかるのに対し、人間の歩行速度は、１ｍ移動するのに概ね７５０ミリ秒である。よって、３回続けて同一の位置ＩＤ候補が得られたら、位置ＩＤとして決定する（位置ＩＤを取得するのに、最低６００ミリ秒かかる）ようにすると、移動前後のオクテット情報が混在して、１回は誤った位置ＩＤ候補が得られたとしても、計４回（８００ミリ秒）で位置ＩＤが取得できることになるから、概ね１ｍ移動する間に、正しい位置ＩＤを取得することができる。
【００８８】
このように、３回（もしくは２回）続けて同一の位置ＩＤ候補が得られることを条件にする場合、図９に示すように、２次キャッシュ２９０に、３つ（もしくは２つ）の領域を設けて、位置ＩＤ候補を保持するようにする。
【００８９】
そして、位置ＩＤ推定部２６０は、２次キャッシュ２９０に設けられた複数個の領域が埋まった際、全て同一の位置ＩＤ候補が存在する場合（図９（ａ））には、それが正しい位置ＩＤであると決定する。２次キャッシュ２９０の位置ＩＤ候補が異なる場合（図９（ｂ）の場合は、領域(3)の位置ＩＤ候補が、他の領域(1)(2)の位置ＩＤ候補と異なる）は、ＦＩＦＯ（先入れ先出し）の原則に従って、最先に保持された領域を開放し、次に１次キャッシュ２８０から渡される位置ＩＤ候補を、最後尾に保持できるようにしておく。これを、２次キャッシュ２９０の全ての領域が、同一の位置ＩＤ候補となるまで、繰り返す。
【００９０】
携帯端末は、決定した位置ＩＤに基づいて、インターネット３００を通じて位置サーバ４００へ問い合わせを行うことで、位置ＩＤに関連した位置情報（緯度、経度、高さ、所在地、エリア、エリアにおけるＸ座標、エリアにおけるＹ座標、エリアにおけるＺ座標等）を取得することができる。このために位置サーバ４００が有するデータベースは、例えば、図１０に示すような項目を含んでいる。
【００９１】
携帯端末は、また、位置ＩＤに基づいて、インターネット３００を通じてコンテンツサーバ５００へ問い合わせを行うことで、位置ＩＤに関連したコンテンツ（画像、動画、音声、文章、URIなど）を取得させることができる。このためにコンテンツサーバ５００が有するデータベースは、例えば、図１１に示すような項目を含んでいる。
【００９２】
図１２に、音波信号による位置ＩＤの送受信に関する全体の流れを示しておく。
【００９３】
図１３は、ＩＤ発信機から発信される音波信号と、受信側で設けられるフレームキャッシュとが、時間の経過につれてどのように推移していくかを示している。ＩＤ発信機は、同一の位置ＩＤを送信し続けるため、各々のフレームで送信される音波信号は、全て同一である。この一つの位置ＩＤが、分割されて、複数（図１３の例では、４つ）のタイムスロットで、伝達される。つまり、ＩＤ発信機は、位置ＩＤを、時分割し、音波信号に含めて、発信する。
【００９４】
よって、第１〜第４タイムスロットのそれぞれの音波信号は、互いに異なるものであり得るが、最初のフレームの第１タイムスロットの音波信号はそれ以降のフレームの第１タイムスロットの音波信号と同じであり、最初のフレームの第２タイムスロットの音波信号はそれ以降のフレームの第２タイムスロットの音波信号と同じであり、最初のフレームの第３タイムスロットの音波信号はそれ以降のフレームの第３タイムスロットの音波信号と同じであり、最初のフレームの第４タイムスロットの音波信号はそれ以降のフレームの第４タイムスロットの音波信号と同じである。
【００９５】
一般に、電気通信における時分割伝達方式は、双方向通信を前提としており、送信側と受信側で時間を同期させ、情報を時間順（タイムスロット順）に取得させるが、ＩＤ発信機から出力された音波を、携帯端末が自由空間経由で入力する本実施形態では、片方向通信であるために、時間の同期や再送信要求をすることができない。特に、本方式のように複数のビットを同時に送信するパラレル通信では、従来は、送信側と受信側においてハンドシェイクを行うことにより、データ転送のタイミングを図っているが、片方向通信では、そのような制御は不可能である。
【００９６】
そうすると、図１３のような音波信号が発信されていても、受信側の携帯端末では、例えば、第１フレームの第４タイムスロット、第２フレームの第２、第３、第４タイムスロット、第３フレームの第１タイムスロットの音波信号は入力されたものの、その間に発信されたタイムスロットの音波信号は入力されない（もしくは、入力された信号がエラーであることが判明する）ということが、起こり得る。
【００９７】
ここで、図１３に示すように、各タイムスロットの音波信号が、ＴＳ番号をビット列の一部に含んでいることにより、受信側の携帯端末は、第４→第２→第３→（次の第４は、再度の受信であるため、無視するか先のものを置き換えるかする）→第１の順に、タイムスロットの音波信号を受信したことを認識することができ、受信順ではなく、タイムスロットの順に、オクテット情報を並べ直すことができる。
【００９８】
また、本実施形態では、携帯端末が各ＩＤ発信機の間を歩き回るため、途中から、図１３のような音波信号で伝達される位置ＩＤ自体が変わることがあり、しかも、受信側の携帯端末では、場所を移動したために取得されるべき位置ＩＤが変化したのか、自由空間を伝播する音波信号の劣化が何らかの要因で大きくなったために受信される音波信号が変化したのか、区別することもできない。
【００９９】
そこで、図１３に示すように、受信側の携帯端末に、正しい位置ＩＤが取得できたか否かを判定するためのフレームキャッシュを設けている。上述したように、３回続けて同一の位置ＩＤが求められたら、その位置ＩＤを正しいものと判定する場合は、フレーム３個分のキャッシュが設けられることになる。
【０１００】
図１３では、各フレームキャッシュが、第１タイムスロットから開始されているが、携帯端末が受信を開始したタイミングによっては、他のタイムスロットから開始されることもあり得る。また、受信できなかったタイムスロットがある場合には、フレーム３個分のキャッシュが埋まるまでに、１２個より多いタイムスロット分の時間が経過することもあり得る。なお、受信できなかったタイムスロットが多くて、４つのタイムスロットの音波信号が全て受信される前に所定時間以上が経過した場合は、以前に受信したタイムスロットの情報が移動等により無効になっている可能性が高いものとして、当該タイムスロットの情報を廃棄し、フレームキャッシュの開始時点を更新するようにしてもよい。
【０１０１】
図１４には、時分割（図１４の例では、４分割）で１つの位置ＩＤを送る音波信号のタイムスロットと、受信側のＦＦＴ処理が行われる時間間隔を示すＦＦＴスロットとの、時間的な関係の一例を示す。タイムスロット＃１からタイムスロット＃４までが、時分割された４つの音波信号であり、これらを合わせて１つの位置ＩＤを送る音波信号となる。タイムスロット＃１の間は、同一の音波信号が送られ、タイムスロット＃２に入ると、タイムスロット＃１とは別の音波信号に切り替わる。４分割の場合には、タイムスロット＃４の音波信号の後に、タイムスロット＃１の音波信号が続き、繰り返し、位置ＩＤを送る音波信号が流れることになる。
【０１０２】
送信側のＩＤ発信機からは、このような音波信号が流されているが、受信側の携帯端末は、ＩＤ発信機と時刻同期されていないので、音波信号を受信したときに、タイムスロットの境界を認識することができない。よって、図１４に示すように、受信側のＦＦＴスロットは、タイムスロット＃１とタイムスロット＃２の両方にまたがる場合がある。このような場合のＦＦＴスロットでは、タイムスロット＃１とタイムスロット＃２の両方の周波数成分を検出してしまうため、正確なビット列を復元することができない。
【０１０３】
そこで、受信側の携帯端末では、送信側のタイムスロット＃１の半分以下の時間を、ＦＦＴスロットの時間として設定する。ＦＦＴスロットの時間は、例えば、携帯端末にアプリケーションプログラムをインストールして、図７に示す機能構成を備えさせる際に、周波数成分抽出部２２０が用いるサンプリング点数を指定することにより、設定することができる。これにより、ＦＦＴスロットの２つに１つ（図４中、「ＦＦＴスロット」の文字を強調して示した時間帯）は、同一の音波信号を受信して、正確なビット列を復元することができる。
【０１０４】
このような携帯端末が、時分割された位置ＩＤを復元するために行う具体的な処理のフローを、図１５を用いて説明する。まず、携帯端末は、音波信号をマイクロフォンから入力し、ＦＦＴスロット１つ分の音波信号を受信したときに、ＦＦＴにより受信周波数の分析を行い、ビット列を復元する（Ｓ３１０）。そして、このビット列の誤り訂正符号を計算し（Ｓ３２０）、誤りが検出され且つ誤りが訂正できなかった場合には、次の音波信号が受信されるのを待つ。
【０１０５】
誤り検出されなかった場合には、そのビット列に含まれるＴＳ番号に対応する１次キャッシュ領域に、当該ビット列に含まれるオクテット情報の値を保存する（Ｓ３４０）。誤りが検出されたが誤りが訂正できた場合には、そのビット列に含まれるＴＳ番号に対応する１次キャッシュ領域に、何も保存されていなければ（Ｓ３３０Ｎｏ）、当該ビット列に含まれるオクテット情報の値を保存する。対応する１次キャッシュ領域にオクテット情報の値が保存されている場合には（Ｓ３３０Ｙｅｓ）、そのＴＳ番号について、誤りなしのビット列を既に受信できているため、誤り訂正したビット列は保存せずに、次の音波信号が受信されるのを待つ。
【０１０６】
このようにして、全てのタイムスロット(例えば、４分割の場合には４スロット分)について、オクテット情報の値が保存されると（Ｓ３５０）、１つの位置ＩＤを含む音波信号が受信されたものとして確定し、その位置ＩＤの情報（オクテットの情報を繋ぎ合わせたもの）を、位置ＩＤ候補として、２次キャッシュに登録し、アプリケーション（位置ＩＤ推定部２６０等）に知らせる。また、１次キャッシュに保存していた全タイムスロットの値をクリアし（Ｓ３６０）、次の音波信号が受信されるのを待つ。
【０１０７】
以上詳述したように、同一の音波信号を流し続けるのに比べて、循環するタイムスロットにより時分割した音波信号を流す本方式では、音波信号に含める位置ＩＤのビット数を、タイムスロットの数の分だけ多くすることができ、利用可能な位置ＩＤの数を増加させることが可能になる。
【０１０８】
しかも、同一の音波信号を流し続ける場合は、本システム以外のシステムや自然界から発せられている音波を入力して、誤った位置ＩＤを取得してしまう可能性があるのに対し、本方式のように周期的変化を有する音波信号を用いる場合は、同様の音波が管理対象外で存在する可能性が低いため、位置ＩＤを誤認識することが減り、精度が向上するという効果もある。
【０１０９】
但し、受信側の携帯端末がどのようなタイミングで受信しようがそのまま位置ＩＤを取得することができることが、同一の音波信号を流し続ける利点であったところ、時分割した音波信号を循環させる本方式の場合は、受信側の携帯端末がどのようなタイミングで受信しても正しい位置ＩＤが取得されるようにするために、種々の工夫が必要となる。
【０１１０】
工夫の第一点は、各々のタイムスロットで流される同一の音波信号の中に、位置ＩＤの一部であるオクテット情報のビット列に加えて、そのオクテット情報が位置ＩＤのどこの一部であるかを示す情報（上述した例では、循環するタイムスロットのＴＳ番号）のビット列をも含ませることである。
【０１１１】
工夫の第二点は、携帯端末において、時分割された音波信号を受信して位置ＩＤを復元するという処理を繰り返し、位置ＩＤの信頼性を高めるために、複数回連続して同じ位置ＩＤが得られた場合にだけ、正しい位置ＩＤが取得されたと判定することである。
【０１１２】
工夫の第三点は、タイムスロットの時間の設定に関する。本例では、タイムスロットの時間は、４０〜５０ミリ秒に設定している。
【０１１３】
タイムスロットとして設定可能な時間の上限は、例えば、人間の歩行速度での移動を捕捉するためには、概ね７５０ミリ秒以内に正しい位置ＩＤを取得する必要があることから、タイムスロットの時間をＴミリ秒とし、位置ＩＤのビット数に基づく必要なタイムスロット数をＹ個とし、正しい位置ＩＤと判定するために受信側で同一ＩＤが連続して得られるべき回数をＺ回とすると、Ｔ×Ｙ×Ｚ≦７５０となるように、定められる。
【０１１４】
タイムスロットとして設定可能な時間の下限は、例えば、ＩＤ発信機のスピーカ（発音体）の反応速度と、受信側の入力や標本化（サンプリング）の精度を考慮して、定められる。また、図１４に示した構成では、タイムスロットの時間は、ＦＦＴスロットの時間の２倍以上になるように、定められる。このＦＦＴスロットの時間は、例えば、ＦＦＴのサンプリング周波数が一定（可聴周波数の上限域を分析するのに適した周波数）であるとすれば、音波信号でビット列を表現するために選択されている各周波数の間隔を検出するために必要なＦＦＴのサンプリング点数に基づいて、定められる。
【０１１５】
なお、上述した工夫の第一点について、タイムスロットの順番まで示されなくても、同じフレームに属するタイムスロットか否かが示されれば足りるとすれば、別の方式を用いて、本実施形態を構成することも可能である。その方式を、図１６に示す。
【０１１６】
図１６の方式では、開始を示す「start」ビットに相当する音波信号を送出し、４０ビットの位置ＩＤを４つに分割した１０ビット分のデータとそのエラー検出・訂正用のハミング符号（５ビット）とを合わせた１５ビットを含む音波信号を一つのタイムスロットとして、４タイムスロット分を逐次送出し、最後に終了を示す「stop」ビットに相当する音波信号を送信する。この方式では、開始と終了のタイムスロットが増加する分、フレームの時間長が増加するが、位置ＩＤのビット数も増加させることができる。
【０１１７】
図１６の方式で、１タイムスロットを５０ミリ秒以内とすると、一つの位置ＩＤの全体を送信するまでに６タイムスロット必要となることから、一つのフレームの時間が３００ミリ秒以内となる。２つのフレームで認識した位置ＩＤが同一である場合に正しい位置ＩＤであると判定させるとすれば、フレームキャッシュの時間は、上述した例と同様に、６００ミリ秒以内となり、位置ＩＤを取得するまでに人間の歩行により移動する距離（最少誤差）は、約０．７８ｍであるので、１ｍ以内での位置ＩＤ取得が可能である。
【０１１８】
また、上述した工夫の第一点について、人間の歩行速度での移動への追従性が少々低下しても足りるとすれば、さらに別の方式を用いて、本実施形態を構成することも可能であり。その方式を、図１７に示す。
【０１１９】
図１７の方式では、開始を示す「同期信号１」に相当する音波信号を送出し、４０ビットの位置ＩＤを４つに分割した８ビット分のデータ（第１ビット列）とそのエラー検出・訂正用のハミング符号（５ビット）とを合わせた１５ビットを含む音波信号を一つのタイムスロットとして送出し、次のタイムスロットで「同期信号２」に相当する音波信号を送出し、さらに次のタイムスロットで第２ビット列を含む１５ビットの音波信号を送出する。これを繰り返し、「同期信号４」に続けて第４ビット列を含む１５ビットを送出する。
【０１２０】
図１７の方式で、１タイムスロットを５０ミリ秒以内とすると、一つの位置ＩＤの全体を送信するまでに８タイムスロット必要となることから、一つのフレームの時間が、４００ミリ秒以内となる。２つのフレームで認識した位置ＩＤが同一である場合に正しい位置ＩＤであると判定させるとすれば、フレームキャッシュの時間は、８００ミリ秒以内となり、位置ＩＤを取得するまでに人間の歩行により移動する距離（最少誤差）は、約１．０６ｍであるので、概ね１ｍでの位置ＩＤ取得が可能である。
【０１２１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の実施形態を本発明の範囲内で当業者が種々に変形、応用して実施できることは勿論である。
【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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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月6日(2014.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ又は複数の異なる周波数の正弦波から成る音波信号を出力する手段を備える音波信号出力装置であって、
前記音波信号は、可聴周波数の上限域を利用する周波数域に含まれる所定数の周波数が所定数のビットに対応し、各ビットの値が対応する周波数の正弦波の出力の有無により表されるものであり、
前記音波信号を用いて伝達すべき情報は、複数の部分情報に分割されて、各々の部分情報が、前記音波信号の所定数のビットの少なくとも一部により表され、
前記音波信号出力装置は、所定時間毎に、出力する音波信号を切り替える手段を備え、前記情報を構成する順番に従って、前記部分情報が表された音波信号を、循環させながら出力することを特徴とする音波信号出力装置。