(57)【要約】【課題】圧縮した音声信号のデータ量を増加させることなく、情報を埋め込むことができるようにする。【解決手段】スペクトル測定部１２は、音声信号を時間軸信号から周波数軸信号に変換する。圧縮処理部１３は、最小可聴限界値より小さいレベルを有する周波数スペクトルを削除する。埋め込み可能性判定部１５は、情報の埋め込みが可能か否かを判定する。スペクトル入替部１４は、情報付加部１６からの制御に基づいて、予め決められた第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えるか、または、入れ替えないことにより、音声信号に情報を埋め込む。本発明は、ディスク記録装置に適用することができる。【選択図】　　　図２
2004045818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号をスペクトル信号に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除手段と、
予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により、前記第１の周波数のスペクトルのレベルと前記第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、前記第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定手段と、
前記第２の判定手段により、前記第１の周波数のスペクトルと前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加手段と、
前記付加手段により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化手段と
を備えることを特徴とする情報符号化装置。
【請求項２】
情報符号化装置の情報符号化方法において、
入力信号をスペクトル信号に変換する変換ステップと、
前記変換ステップの処理により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除ステップと、
予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の判定ステップの処理により、前記第１の周波数のスペクトルのレベルと前記第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、前記第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、
前記第２の判定ステップの処理により、前記第１の周波数のスペクトルと前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加ステップと、
前記付加ステップの処理により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化ステップと
を含むことを特徴とする情報符号化方法。
【請求項３】
情報符号化装置のプログラムにおいて、
入力信号をスペクトル信号に変換する変換ステップと、
前記変換ステップの処理により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除ステップと、
予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の判定ステップの処理により、前記第１の周波数のスペクトルのレベルと前記第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、前記第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、
前記第２の判定ステップの処理により、前記第１の周波数のスペクトルと前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加ステップと、
前記付加ステップの処理により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項４】
情報符号化装置を制御するコンピュータに、
入力信号をスペクトル信号に変換する変換ステップと、
前記変換ステップの処理により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除ステップと、
予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の判定ステップの処理により、前記第１の周波数のスペクトルのレベルと前記第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、前記第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、
前記第２の判定ステップの処理により、前記第１の周波数のスペクトルと前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加ステップと、
前記付加ステップの処理により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化ステップと
を含む処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項５】
入力された信号を復号する復号手段と、
前記復号手段により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の周波数のスペクトルと、前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定手段と、
前記第１の判定手段と前記第２の判定手段による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生手段と
を備えることを特徴とする情報復号装置。
【請求項６】
情報復号装置の情報復号方法において、
入力された信号を復号する復号ステップと、
前記復号ステップの処理により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の周波数のスペクトルと、前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、
前記第１の判定ステップの処理と前記第２の判定ステップの処理による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生ステップと
を含むことを特徴とする情報復号方法。
【請求項７】
情報復号装置のプログラムにおいて、
入力された信号を復号する復号ステップと、
前記復号ステップの処理により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の周波数のスペクトルと、前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、
前記第１の判定ステップの処理と前記第２の判定ステップの処理による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項８】
情報復号装置を制御するコンピュータに、
入力された信号を復号する復号ステップと、
前記復号ステップの処理により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の周波数のスペクトルと、前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、
前記第１の判定ステップの処理と前記第２の判定ステップの処理による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生ステップと
を含む処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報符号化装置および方法、情報復号装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、音声信号にデータを埋め込むことができるようにした情報符号化装置および方法、情報復号装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音声信号を圧縮する方法としては、最小可聴特性に達しない周波数成分をカットする方法が知られている。最小可聴特性カーブとは、静寂時に人間が各周波数を持つパルス音をどの程度のレベルに達したときに聴覚的に認識することができるかという実験値の集合であり、図１には曲線Ｌで表されている。
【０００３】
図１において、横軸は、音声信号のスペクトルの周波数を表し、縦軸は、音声信号のスペクトルのレベルを表す。スペクトルＡのレベルは、その周波数における最小可聴特性カーブの値より大きいので、人間がぎりぎり認識できるレベル以上のレベルであり、人間が聴こえる音である。一方、スペクトルＢのレベルは、その周波数における最小可聴特性カーブの値より小さいので、人間がぎりぎり認識できるレベル以下のレベルであり、人間が聴こえない音である。
【０００４】
従来、図１のスペクトルＢで示されるような、レベルが、その周波数における最小可聴カーブの値より小さいスペクトル（人間が聴こえない音）をカットすることで音声信号の圧縮を行っていた。この圧縮方法は、例えば、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）等の音声符号化方法にも利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の圧縮方法では、音声信号を圧縮し、かつ情報を埋め込むことはできないという課題があった。例えば、レベルがその周波数における最小可聴カーブの値より小さいスペクトルの部分に直接情報を埋め込むことは可能だが、そのようにすると、そのスペクトルはカットできないので、埋め込む情報の分だけ情報量が増えてしまう。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、音声信号を圧縮し、かつ情報を埋め込むことができるようにするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の情報符号化装置は、入力信号をスペクトル信号に変換する変換手段と、変換手段により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除手段と、予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定手段と、第１の判定手段により、第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定手段と、第２の判定手段により、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加手段と、付加手段により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の情報符号化方法は、入力信号をスペクトル信号に変換する変換ステップと、変換ステップの処理により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除ステップと、予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の判定ステップの処理により、第１の周波数のスペクトルのレベルと前記第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、第２の判定ステップの処理により、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加ステップと、付加ステップの処理により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化ステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の記録媒体に記録されているプログラムは、入力信号をスペクトル信号に変換する変換ステップと、変換ステップの処理により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除ステップと、予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の判定ステップの処理により、第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、第２の判定ステップの処理により、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加ステップと、付加ステップの処理により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明のプログラムは、入力信号をスペクトル信号に変換する変換ステップと、変換ステップの処理により変換されたスペクトルのうち最小可聴特性より小さいレベルを有する周波数のスペクトルを削除する削除ステップと、予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが、共に最小可聴特性より大きいか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の判定ステップの処理により、第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きいと判定された場合、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、第２の判定ステップの処理により、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいと判定された場合、付加する情報に基づいて、それぞれのスペクトルを入れ替えるか、または入れ替えないように制御して、情報を付加する付加ステップと、付加ステップの処理により情報が付加されたスペクトルを符号化する符号化ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の情報復号装置は、入力された信号を復号する復号手段と、復号手段により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定手段と、第１の周波数のスペクトルと、第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段と前記第２の判定手段による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の情報復号方法は、入力された信号を復号する復号ステップと、復号ステップの処理により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の周波数のスペクトルと、第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、第１の判定ステップの処理と第２の判定ステップの処理による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生ステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の記録媒体に記録されているプログラムは、入力された信号を復号する復号ステップと、復号ステップの処理により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の周波数のスペクトルと、第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、第１の判定ステップの処理と第２の判定ステップの処理による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生ステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明のプログラムは、入力された信号を復号する復号ステップと、復号ステップの処理により復号された信号の第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第１の判定ステップと、第１の周波数のスペクトルと、前記第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方だけが最小可聴特性より小さいか否かを判定する第２の判定ステップと、第１の判定ステップの処理と前記第２の判定ステップの処理による判定結果に基づいて、付加されている情報を再生する再生ステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の情報符号化装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、予め決められた第１の周波数のスペクトルのレベルと第２の周波数のスペクトルのレベルとが共に最小可聴特性より大きく、かつ第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さくなる場合、第１の周波数のスペクトルと第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えるか、または入れ替えないことによって情報が付加される。
【００１６】
本発明の情報復号装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、第１の周波数のスペクトルのレベルと、第２の周波数のスペクトルのレベルが、いずれも最小可聴特性より大きいか否かの判定結果と、第１の周波数のスペクトルと、第２の周波数のスペクトルとを相互に入れ替えたとき、入れ替えられたそれぞれのスペクトルのレベルのうち、どちらか一方が最小可聴特性より小さいか否かの判定結果に基づいて、情報が再生される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図２は、本発明を適用した音声信号に情報を埋め込む情報処理装置を示している。この情報符合化装置としての情報処理装置１において、入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換部１１において、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された音声信号は、スペクトル測定部１２に供給され、所定の単位時間毎に、例えば、フーリエ変換により、スペクトル信号に変換されスペクトルのレベルが測定される。
【００１９】
スペクトルのレベルが測定された音声信号は、圧縮処理部１３に供給され、圧縮処理される。この圧縮処理は、図１に示されるように、レベルが最小可聴特性カーブＬを超えず、人間の聴覚が認識することができない周波数のスペクトルＢをカット（削除）することで行われる。圧縮処理された音声信号（スペクトル信号）は、スペクトル入替部１４に供給され、スペクトルが入れ替えられる。
【００２０】
スペクトル測定部１２において生成されたスペクトル信号は、また、埋め込み可能性判定部１５に供給され、スペクトルを入れ替えることにより情報を埋め込むことが可能であるか否かが判定される（その詳細は、図４のステップＳ１４の処理として後述する）。
【００２１】
埋め込み可能性判定部１５において、情報を埋め込むことが可能であるか否かの判定結果は、情報付加部１６に送られる。埋め込み可能性判定部１５において、情報を埋め込むことが可能であると判定された場合は、情報付加部１６は、埋め込む（付加する）情報に基づいて、スペクトルの入れ替えを制御する制御信号をスペクトル入替部１４に供給する。
【００２２】
スペクトル入替部１４は、情報付加部１６からの制御信号に基づいて、圧縮処理部１３より供給されるスペクトル信号の入れ替え処理を行う。
【００２３】
符合化部１７は、スペクトル入替部１４より供給されたスペクトル信号を符合化する。符号化部１７は、例えば、ＡＤＲＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｇｅ　Ｃｏｄｉｎｇ）処理により、音声データ（今の場合、スペクトル信号）を符合化する。
【００２４】
図３は、符合化部１７の構成例を示している。
【００２５】
音声データは、最大値・最小値算出部２１に入力される。最大値・最小値算出部２１は、各単位毎に、音声データの最大値および最小値を算出し、これにより得た最小値ＭＩＮを出力する。また、最大値および最小値は、減算部２２により減算され、これにより得られたダイナミックレンジＤＲが出力される。
【００２６】
また、各レベル値と最小レベル値との差分値が減算部２４によって算出され、減算結果が適応量子化部２５に送られる。遅延部２３は、最小レベル値が減算部２４に送られるまでの時間だけ、各レベル値を減算部２４に送る時間を遅らせる。適応量子化部２５は、量子化ビット数がｎビットである場合には、ダイナミックレンジＤＲを２ｎで割り算することにより量子化ステップ幅を計算し、減算部２４からの減算結果を量子化ステップ幅で割り算し、この結果得た除算値を整数に丸めることで量子化コードＱを発生する。このようにして、符号化部７からは、ダイナミックレンジＤＲ、最小値ＭＩＮ、および量子化コードＱが、圧縮符号化データとして出力される。
【００２７】
なお、符号化部１７としてＡＤＲＣ処理する例について述べたが、例えば、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）変換符号化、ＤＰＣＭ、ベクトル量子化、サブバンド符号化、ウエーブレット変換等の圧縮手法を用いてもよい。
【００２８】
また、符合化部１７により符合化されたデータは、記録部１８に供給され、ディスク等の記録媒体（図示せず）に記録される。あるいは、伝送路に伝送されるようにしてもよい。
【００２９】
次に、図４のフローチャートを参照して、図２の情報処理装置１の符号化処理を説明する。
【００３０】
ステップＳ１１において、Ａ／Ｄ変換部１１は、入力した音声信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００３１】
ステップＳ１２において、スペクトル測定部１２は、デジタル信号に変換された時間軸上の音声信号を、フーリエ変換等により、周波数軸上のスペクトル信号に変換する。この処理は、ある一定の単位時間毎に音声の時間信号を周波数信号へと変換する処理である。
【００３２】
ステップＳ１３において、圧縮処理部１３は、音声信号の周波数スペクトルを間引くことで圧縮する。すなわち、図１を参照して説明したように、例えば、図１に、Ｂで示されるような、レベルが最小可聴特性カーブを超えず、人間の聴覚が認識することができない周波数スペクトルを間引くことで、音声信号が圧縮される。
【００３３】
ステップＳ１４において、埋め込み可能性判定部１５は、音声信号にデータの埋め込みが可能であるか否かを判定する。
【００３４】
この例の場合、音声信号にデータの埋め込みが可能であるための条件は、図５に示されるように、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルのレベルをＳａ，Ｓｂとし、各周波数ｆに対応する最小可聴限界値を与える関数をＣ（ｆ）としたとき、
Ｓａ＞Ｃ（ｆａ）かつＳｂ＞Ｃ（ｆｂ）
Ｓａ＜Ｃ（ｆｂ）あるいはＳｂ＜Ｃ（ｆａ）
の２つの条件を満たすことである。
【００３５】
上述した第１の条件は、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルのレベルＳａ，Ｓｂが、両方とも各周波数に対応する最小可聴限界値より大きいことを意味する。この第１の条件により、対象とされるスペクトルが本来伝送されるべき（削除されない）スペクトルであることが保障される。
【００３６】
第２の条件は、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのレベルＳａ，Ｓｂをそれぞれ入れ替えたとき、入れ替えられたレベルのうちどちらか一方が最小可聴限界値より小さいことを意味する。
【００３７】
例えば、図５に示される予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂスペクトルは、そのレベルＳａ，Ｓｂが、両方とも各周波数に対応する最小可聴限界値を表す最小可聴特性カーブＬより大きいので、第１の条件を満たすことになる。図５に示される２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルの位置をそれぞれ入れ替えたとき、図６に示されるように、周波数ｆａに位置するスペクトルのレベルＳｂは最小可聴限界値より大きく（最小可聴特性カーブＬより上方に位置し）、かつ周波数ｆｂに位置するスペクトルのレベルＳａは最小可聴限界値より小さい（最小可聴特性カーブより下方に位置する）ので、この２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルは、第２の条件を満たしていることになる。
【００３８】
勿論、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルのレベルＳａ，Ｓｂの位置をそれぞれ入れ替えたとき、周波数ｆｂに位置するスペクトルのレベルＳａが最小可聴限界値より大きく、周波数ｆａに位置するスペクトルのレベルＳｂが最小可聴限界値より小さくなった場合でも第２の条件を満たすことは言うまでもない（最小可聴限界値が、周波数ｆａにおける場合の方が、周波数ｆｂにおける場合より大きいとき、このような関係が発生する）。
【００３９】
これに対して、図７に示されるように、周波数ｆａにおけるスペクトルのレベルＳａと、周波数ｆｂにおけるスペクトルのレベルＳｂが、いずれも、最小可聴限界値より小さい場合には、第１の条件が満足されないので、埋め込みは不可能と判定される。
【００４０】
また、図８に示されるように、周波数ｆａにおけるスペクトルのレベルＳａと、周波数ｆｂにおけるスペクトルのレベルＳｂが、いずれも、最小可聴限界値より大きく、第１の条件が満足されたとしても、その位置を相互に入れ替えた場合に、図９に示されるように、いずれも最小可聴限界値より大きく、第２の条件が満足されない場合にも、埋め込みは不可能と判定される。
【００４１】
ステップＳ１４において、音声信号にデータの埋め込みが可能であると判定された場合、ステップＳ１５において、情報付加部１６は、埋め込むデータは、「１」であるか否かを判定する。
【００４２】
情報付加部１６は、音声データに埋め込むデータが論理「１」のとき、スペクトルを入れ替える制御信号を出力し、論理「０」のとき、スペクトルを入れ替えない制御信号を出力する（スペクトルを入れ替える制御信号を出力しない）。
【００４３】
そこで、スペクトル入替部１４は、埋め込むデータが論理「１」のとき（情報付加部１６からスペクトルを入れ替える制御信号の入力を受けたとき）、ステップＳ１６において、圧縮処理部１３より供給されたスペクトル信号のうち、予め決められている２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルのレベルＳａ，Ｓｂを、図６に示されるように相互に入れ替える。すなわち、スペクトル入替部１４は、周波数ｆａのスペクトルのレベルＳａを、周波数ｆｂのスペクトルのレベルとし、周波数ｆｂのスペクトルのレベルＳｂを、周波数ｆａのスペクトルのレベルとする。
【００４４】
スペクトル入替部１４は、埋め込むデータが論理「０」のとき（情報付加部１６からスペクトルを入れ替える制御信号の入力を受けないとき）、スペクトルを入れ替える処理を実行しない（ステップＳ１６の処理をスキップし、図５に示されるように元のままの状態とする）。ステップＳ１４において、データの埋め込みが不可能と判定された場合も同様である。
【００４５】
次に、ステップＳ１７において、符号化部１７は、スペクトル入替部１７より供給されたスペクトル信号を符号化する。
【００４６】
すなわち、最大値・最小値算出部２１は、単位毎に入力されるスペクトル信号の最大値と最小値とを演算する。減算部２２はこの最大値から最小値を減算してダイナミックレンジＤＲを算出する。減算部２４は、遅延部２３によりタイミングが調整された各スペクトル信号のレベルから、最小値を減算し、適応量子化部２５に出力する。
【００４７】
適応量子化部２５は、ダイナミックレンジＤＲを２ｎで割り算し、量子化ステップ幅を計算し、減算部２４から供給される信号を量子化ステップで割り算し、除算値を整数に丸めて量子化コードＱを演算する。
【００４８】
ステップＳ１８において、記録部１８は、符号化部１７より供給される量子化コードＱ、最小値ＭＩＮ、およびダイナミックレンジＤＲを記録信号として、変調し、ディスクに記録する。
【００４９】
以上のようにして、音声信号が、データを埋め込む条件を満たしている場合、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのレベルＳａ，Ｓｂを入れ替えないのであれば（図５に示される状態のとき）「０」、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのレベルＳａ，Ｓｂを入れ替えるのであれば（図６に示される状態のとき）「１」というように、１ｂｉｔのデータを埋め込むことができる。
【００５０】
また、単位時間内における周波数スペクトルのうち、予め決められた２つの周波数の組み合わせを２つとすれば、２ｂｉｔ、３つとすれば３ｂｉｔというように、データ量を増やすことが可能である。さらに、複数の単位にわたってデータを埋め込むことにより、さらに多くのデータを付加することが可能である。
【００５１】
例えば、８ｂｉｔで１文字を表すようにして、著作権情報、ＩＤ番号、歌詞、アーティスト名、および曲のジャンル等を、音声信号に付加してディスクに記録したり、伝送することができる。
【００５２】
次に、図１０は、以上のようにして符号化された音声信号を復号する情報処理装置の構成を示している。この情報処理装置４１において、再生部５１は、ディスクからそこに記録されている信号を再生し、復号部５２に供給する。復号部５２は、符合化されている音声信号を復号する。復号された信号は、スペクトル入替部５３および埋め込み検出部５６に供給される。
【００５３】
埋め込み検出部５６は、データの埋め込みの有無を検出し、検出結果に基づいて、スペクトルの入れ替えを制御する制御信号を生成し、スペクトル入替部５３に出力する。
【００５４】
スペクトル入替部５３は、埋め込み検出部５６からの制御信号に基づいて、スペクトルの入れ替え処理を実行する。
【００５５】
埋め込み検出部５６は、また、埋め込まれているビットを検出し、付加情報再生部５７に供給する。
【００５６】
付加情報再生部５７は、入力されたビットを集積し、それに基づいて、テキストデータを生成し、表示部５８に出力し、表示させる。
【００５７】
圧縮データ伸張処理部５４は、スペクトル入替部５３から入力されたスペクトル信号を、例えば、逆フーリエ変換することで伸張し（周波数の信号を時間軸の信号に変換し）、Ｄ／Ａ変換部５５に出力する。
【００５８】
Ｄ／Ａ変換部５５は、入力された信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換し、図示せぬスピーカ等に出力する。
【００５９】
復号部５２は、例えば、図１１に示されるように構成される。
【００６０】
適応逆量子化部７１は、入力されたダイナミックレンジＤＲを２ｎで除算することにより量子化ステップ幅を計算し、量子化ステップ幅に、入力された量子化コードＱを掛け合わせ、加算部７２に出力する。加算部７２は、適応逆量子化部７１から供給された乗算結果に、入力された最小値ＭＩＮを加算することによって、データを復号し、出力する。
【００６１】
次に、図１２のフローチャートを参照して、図１０の情報処理装置による復号化処理を説明する。
【００６２】
ステップＳ３１において、再生部５１は、ディスクに記録されている信号を再生する。
【００６３】
ステップＳ３２において、復号部５２は、入力された音声信号を復号化する。すなわち、適応逆量子化部７１は、再生部５１から入力されたダイナミックレンジＤＲを２ｎで除算することで、量子化ステップ幅を計算する。適応逆量子化部７１は、再生部５１から入力された量子化コードＱに、この量子化ステップを乗算し、乗算結果を加算部７２に出力する。加算部７２は、再生部５１から入力された最小値ＭＩＮに、適応逆量子化部７１から入力された乗算結果を加算することで、データを復号する。
【００６４】
ステップＳ３３において、埋め込み検出部５６は、音声信号にデータの埋め込みが可能であるか否かを判定する。データの埋め込みが可能であるか否かの判定は、図４のステップＳ１４の処理における場合と同様に行われる。すなわち、予め決められた２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルのレベルをＳａ，Ｓｂとし、各周波数に対応する最小可聴限界値を与える関数をＣ（ｆ）としたとき、
Ｓａ＞Ｃ（ｆａ）かつＳｂ＞Ｃ（ｆｂ）
Ｓａ＜Ｃ（ｆｂ）あるいはＳｂ＜Ｃ（ｆａ）
の２つの条件が満たされるか否かで判定が行われる。
【００６５】
具体的には、図５と図６に示されるように、２つのスペクトルのレベルのうちの一方だけが、最小可聴限界値より小さくなっている場合（図６に示される状態の場合（スペクトルが入れ替えられている場合））、またはスペクトルの位置を入れ替えた場合に、一方のレベルだけが、最小可聴限界値より小さくなる場合（図５に示される状態の場合（スペクトルが入れ替えられている場合））においてのみ、埋め込みが可能と判定され、それ以外の場合には、埋め込みは、不可能と判定される。
【００６６】
ステップＳ３３において、音声信号にデータの埋め込みが可能であると判定された場合、ステップＳ３４において、埋め込み検出部５６は、スペクトルが入れ替えられているか否かを判定する。データを埋め込むことが可能である場合、その周波数のスペクトルにはデータが必ず埋め込まれている。
【００６７】
また、図６に示されるように、周波数ｆｂに対応するレベルＳａが最小可聴限界値より小さくなっているが、最小可聴限界値より小さいレベルのスペクトルは、本来、削除され送信されてこない。したがって、このような最小可聴限界値より小さいレベルのスペクトルが存在するということは、レベルＳａ，Ｓｂの入れ替えが行われた音声信号であると判定することができる。このことは、周波数ｆａとｆｂにおけるスペクトルのレベルＳａとＳｂを、その位置を入れ替えた場合に、いずれも最小可聴限界値より大きくなることで確認することができる。
【００６８】
さらに、図５に示されるように、送られてきた音声信号の２つの周波数ｆａ，ｆｂのスペクトルのレベルＳａ，Ｓｂが、両方とも各周波数に対応する最小可聴限界値より大きい場合、２つの周波数ｆａ，ｆｂのレベルＳａ，Ｓｂは、入れ替えが行われていないと判定することができる。
【００６９】
ステップＳ３４において、スペクトルが入れ替えられていないと判定した場合、ステップＳ３５に進み、埋め込み検出部５６は、埋め込まれている（付加されている）ビットが「１」であると判定し、付加情報再生部５７に出力する。また、埋め込み検出部５６は、スペクトルを入れ替える制御信号を生成し、スペクトル入替部５３に出力する。スペクトル入替部５３は、この制御信号に基づいて、復号部５２より供給されるスペクトル信号の位置を入れ替える。すなわち、スペクトル入替部５３は、周波数ｆａのスペクトルのレベルＳａを、周波数ｆｂのスペクトルのレベルとし、周波数ｆｂのスペクトルのレベルＳｂを、周波数ｆａのスペクトルのレベルとする。
【００７０】
ステップＳ３４において、スペクトルが入れ替えられていないと判定された場合、ステップＳ３７において、埋め込み検出部５６は、埋め込まれている（付加されている）ビットが「０」であると判定し、付加情報再生部５７に出力する。そしてこの場合、埋め込み検出部５６は、スペクトルを入れ替える制御信号を生成しない（スペクトルを入れ替えない制御信号を生成する）。
【００７１】
ステップＳ３３において、データの埋め込みが不可能であると判定された場合、並びに、ステップＳ３６またはステップＳ３７の処理の後、ステップＳ３８において、圧縮データ伸張処理部５４は、音声信号を符号化する際、圧縮処理部１３により時間軸信号から周波数軸信号に変換された音声信号を、逆フーリエ変換することで、再び、周波数軸信号から時間軸信号に変換する。
【００７２】
ステップＳ３９において、Ｄ／Ａ変換部５５は、音声信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、図示せぬスピーカに出力する。
【００７３】
ステップＳ４０において、付加情報生成部５７は、埋め込み検出部５６より供給されたビットを集積し、８ビットを１文字のテキストデータに変換し、表示部５８に出力し、表示させる。これにより、表示部５８に、音声信号に付加された情報が表示される。その情報が、音声データの楽曲に対応する歌詞であれば、ユーザは、楽曲を再生しながらその歌詞を見ることができることになる。
【００７４】
付加される情報が、例えば、埋め込まれている音声信号のコピーを禁止する著作権情報である場合、この情報に基づいて、ディスクから再生された音声信号を他の記録媒体に記録することを禁止させることができる。
【００７５】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるが、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアは、汎用のコンピュータ等にインストールされる。
【００７６】
図１３は、上述した一連の処理を実行するプログラムがインストールされるコンピュータの一実施の形態の構成例を示している。
【００７７】
このコンピュータ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１０１を内蔵している。ＣＰＵ１０１には、バス１０５を介して、入出力インターフェース１０６が接続されており、ＣＰＵ１０１は、入出力インターフェイス１０６を介して、ユーザによって、キーボードや、マウス等で構成される入力部１０８が操作等されることにより指令が入力されると、それにしたがって、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）１０２に格納されているプログラムを実行する。
【００７８】
あるいは、また、ＣＰＵ１０１は、ハードディスク１０４に格納されているプログラム、衛星もしくはネットワークから転送され、通信部１０９で受信されてハードディスク１０４にインストールされたプログラム、またはドライブ１１０に装着されたリムーバブル記録媒体１１１から読み出されてハードディスク１０４にインストールされたプログラムを、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１０３にロードして実行する。
【００７９】
これにより、ＣＰＵ１０１は、上述したフローチャートにしたがった処理、あるいは上述したブロック図の構成により行われる処理を行う。そして、ＣＰＵ１０１は、その処理結果を、必要に応じて、例えば、入出力インターフェイス１０６を介して、スピーカ等で構成される出力部１０７から出力したり、あるいは、通信部１０９から送信したり、さらには、ハードディスク１０４に記録させる。
【００８０】
プログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体としてのハードディスク１０４やＲＯＭ１０２に予め記録しておくことができる。
【００８１】
あるいはまた、プログラムは、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ），ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク，ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、磁気ディスク、半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体１１１に、一時的あるいは永続的に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体１１１は、いわゆるパッケージソフトウェアとして提供することができる。
【００８２】
なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体１１１からコンピュータにインストールする他、ダウンロードサイトから、ディジタル衛星放送用の人工衛星を介して、コンピュータに無線で転送したり、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送し、コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを、通信部１０９で受信し、内蔵するハードディスク１０４にインストールすることができる。
【００８３】
また、本明細書において、コンピュータに各種の処理を行わせるためのプログラムを記述する処理ステップは、必ずしもフローチャートに記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。
【００８４】
さらに、プログラムは、１のコンピュータにより処理されるものであってもよいし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、音声信号を圧縮することができる。また、情報を埋め込むことができる。特に、音声信号のデータ量を増加させることなく、情報を埋め込むことが可能となる。
【００８６】
さらに、別の本発明によれば、音声信号を復号することができる。また、埋め込まれた情報を、簡単かつ確実に再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】最小可聴特性カーブと２つの周波数のスペクトルのレベルとの関係を示す図である。
【図２】本発明を適用した情報処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の符号化部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図２の情報処理装置が実行する符号化処理を説明するフローチャートである。
【図５】データの埋め込みの原理を説明する図である。
【図６】データの埋め込みの原理を説明する図である。
【図７】データの埋め込みの原理を説明する図である。
【図８】データの埋め込みの原理を説明する図である。
【図９】データの埋め込みの原理を説明する図である。
【図１０】本発明を適用した情報処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０の復号部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１０の情報処理装置が実行する復号処理を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明を適用したコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１３　圧縮処理部，　１４　スペクトル入替部，　１５　埋め込み可能性判定部，　１６　情報付加部，　１７　符合化部，　１８　記録部，　５２　復号部，　５３　スペクトル入替部，　５４　圧縮データ伸張部，　５６　埋め込み検出部，　５７　付加情報再生部
【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】
2004045818.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004045818.tif 000013
【図１２】
2004045818.tif 000014
【図１３】
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