(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多階調で量子化されたデジタルデータに係る１次元又は２次元のアナログデータが入力される入力部と、
この入力されたアナログデータをｎ（ｎは前記アナログデータの次数よりも高い次数，以下同じ。）次元アナログデータに写像変換する第１の写像変換部と、
初期値が入力されることで乱数を発生する乱数発生部と、
この乱数発生部において発生された乱数を用いてｎ次元直交系列を生成する多次元直交系列発生部と、
前記多次元直交系列発生部から前記ｎ次元直交系列を読みだして、前記第１の写像変換部によって写像変換されたｎ次元アナログデータを、前記ｎ次元直交系列を用いてｎ次元直交変換することにより暗号化した変換データを生成する多次元直交変換部と、
前記初期値を鍵として前記乱数発生部が前記乱数の発生を再現し，前記再現された乱数を用いて前記多次元直交系列発生部が前記ｎ次元直交系列を再生成し，前記再生成されたｎ次元直交系列を用いて前記変換データをｎ次元直交逆変換することにより前記ｎ次元アナログデータを復元する多次元直交逆変換部と、
前記ｎ次元アナログデータを前記１次元又は２次元のアナログデータに写像変換する第２の写像変換部と、
を有することを特徴とするアナログ符号化システム。
【請求項２】
多階調で量子化されたデジタルデータに係る１次元又は２次元のアナログデータが入力される入力部と、
この入力されたアナログデータをｎ次元アナログデータに写像変換する第１の写像変換部と、初期値が入力されることで乱数を発生する乱数発生部と、
この乱数発生部において発生された乱数を用いてｎ次元直交系列を生成する多次元直交系列発生部と、
前記多次元直交系列発生部から前記ｎ次元直交系列を読みだして、前記第１の写像変換部によって写像変換されたｎ次元アナログデータを、前記ｎ次元直交系列を用いてｎ次元直交変換することにより暗号化した変換データを生成する多次元直交変換部と、
前記変換データを量子化によって前記変換データを圧縮して圧縮データを生成するデータ圧縮部と、
前記初期値を鍵として前記乱数発生部が前記乱数の発生を再現し，前記再現された乱数を用いて前記多次元直交系列発生部が前記ｎ次元直交系列を再生成し，前記再生成されたｎ次元直交系列を用いて、前記圧縮データをｎ次元直交逆変換することにより前記ｎ次元アナログデータを復元する多次元直交逆変換部と、
前記ｎ次元アナログデータを前記１次元又は２次元のアナログデータに写像変換する第２の写像変換部と、を有することを特徴とするアナログ符号化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は離散多値のアナログ情報の保護を考慮したアナログ符号化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユビキタスネットワーク社会を迎えつつあり、情報伝送や保存においては、音声や動画像などのマルチメディア情報（多値情報）を他人から容易に見られないように保護でき、雑音などに対する耐性が強く、しかも品質をできるだけ保障できるようなデータ圧縮可能な符号化方式やシステムが益々必要となっている。
このような状況下において、近年様々な符号化方式やシステムに関する発明が開示されている。
例えば、特許文献１には、情報秘匿システムの一つである単位ブロック毎に変換を行なうブロック型の符号変換方式において、次数の小さいラテン方陣Ｌを複数並べて段を構成し、この段を複数設け、前段の各ラテン方陣Ｌから後段の少なくとも二つのラテン方陣Ｌに変換したデータを入力させて、入力データＡの各ビットが出力データＢの全てのビットに影響を与えるようにして秘匿性を高めた符号化方式の開示がある。
この符号化方式によれば、秘匿性の高い符号変換を簡単にかつ正確に得ることができる。
【０００３】
また、特許文献２には、画像データに低域フィルタ及び高域フィルタを用いてフィルタリングしてフィルタ係数を生成し、当該生成したフィルタ係数を量子化して量子化係数を生成し、その量子化係数を所定の符号化方式で符号化 処理して算術符号データを生成した後、当該算術符号データの少なくとも一部にスクランブル処理を施すと共に、算術符号データに基づいて符号化処理に関する所定の符号化情報を生成し、当該生成した符号化情報を格納して生成したヘッダデータにスクランブル処理を施した算術符号データを付加してパケットデータを生成する符号化装置が開示されている。
このような符号化装置によれば、算術符号データにスクランブル処理を施す分、量子化係数を符号化したときのデータ量の増加を防止することができ、画像データの圧縮率の低下を防止できる。
【０００４】
さらに、特許文献３には、コンテンツのストリームを記録再生するストリーム記録再生装置が開示されているが、そのストリーム記録再生装置において、アナログ放送波等によって伝送されて入力されたアナログ映像音声信号からディジタルストリームを生成する符号化手段が開示されている。
このようなアナログからデジタルに変換することによって、圧縮化あるいは多重化が可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９９５７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３５５９４号公報
【特許文献３】特開２００３−１６３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１乃至３に開示された発明においては、いずれもアナログ情報（離散多値情報）を対象とし、情報保護と信頼性向上を念頭に入れた符号化方式では、アナログ情報をデジタル情報に直し、それをスクランブル技術、暗号化技術、誤り訂正符号化技術などを組み合わせた符号化方式が一般的である。また、データ圧縮を行う場合は高い周波数成分をカットするような離散コサイン変換やウエーブレット変換を組み込んだシステムとなる。
また、アナログ情報は、ある一部が雑音、妨害、加工などによって大きく変形することよりも、全体的に少しずつ異なっているほうが、その品質は保障される。しかし、上記のようにデジタルに一度直して符号化する方式は、最上位ビットと最下位ビットにおける情報量のばらつきも生じるので、品質を保障し、かつ効率のよいアナログ符号化法とは言えない可能性があるという課題があった。
【０００７】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、多次元直交系列を使用した多次元直交変換を実行することにより、簡単な構成で容易に取り扱うことができ、しかも高い品質を担保可能で秘匿性が高いアナログ符号化システム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】
【０００８】
本発明の請求項１に記載のアナログ符号化システムにおいては、上述の課題を解決するため、多階調で量子化されたデジタルデータに係る１次元又は２次元のアナログデータが入力される入力部と、この入力されたアナログデータをｎ（ｎはアナログデータの次数よりも高い次数，以下同じ。）次元アナログデータに写像変換する第１の写像変換部と、初期値が入力されることで乱数を発生する乱数発生部と、この乱数発生部において発生された乱数を用いてｎ次元直交系列を生成する多次元直交系列発生部と、多次元直交系列発生部からｎ次元直交系列を読みだして、第１の写像変換部によって写像変換されたｎ次元アナログデータを、ｎ次元直交系列を用いてｎ次元直交変換することにより暗号化した変換データを生成する多次元直交変換部と、初期値を鍵として乱数発生部が乱数の発生を再現し，再現された乱数を用いて多次元直交系列発生部がｎ次元直交系列を再生成し，再生成されたｎ次元直交系列を用いて変換データをｎ次元直交逆変換することによりｎ次元アナログデータを復元する多次元直交逆変換部と、ｎ次元アナログデータを１次元又は２次元のアナログデータに写像変換する第２の写像変換部とを有するものである。
【０００９】
また、請求項２に記載のアナログ符号化システムにおいては、多階調で量子化されたデジタルデータに係る１次元又は２次元のアナログデータが入力される入力部と、この入力されたアナログデータをｎ次元アナログデータに写像変換する第１の写像変換部と、初期値が入力されることで乱数を発生する乱数発生部と、この乱数発生部において発生された乱数を用いてｎ次元直交系列を生成する多次元直交系列発生部と、多次元直交系列発生部からｎ次元直交系列を読みだして、第１の写像変換部によって写像変換されたｎ次元アナログデータを、ｎ次元直交系列を用いてｎ次元直交変換することにより暗号化した変換データを生成する多次元直交変換部と、変換データを量子化によって変換データを圧縮して圧縮データを生成するデータ圧縮部と、初期値を鍵として乱数発生部が乱数の発生を再現し，再現された乱数を用いて多次元直交系列発生部がｎ次元直交系列を再生成し，再生成されたｎ次元直交系列を用いて、圧縮データをｎ次元直交逆変換することによりｎ次元アナログデータを復元する多次元直交逆変換部と、ｎ次元アナログデータを１次元又は２次元のアナログデータに写像変換する第２の写像変換部とを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアナログ符号化システムにおいては、乱数発生関数に初期値を与えて乱数を発生させ、その乱数を基に多次元直交系列を生成させて、それを用いてアナログデータに多次元直交変換を施し、これを逆変換する際に、先の乱数発生関数の初期値を鍵としてアナログデータに復元する。受信者側では予め送信者側と同一の乱数発生関数を備えておけば、乱数発生関数の初期値さえ入手すれば、容易に乱数の発生の再現を実行することができる。このような乱数発生関数とその初期値を利用することで、鍵の送受信を容易にすることができるとともに、受信側の逆変換によるアナログデータの復元も容易となる。
さらに、多次元直交変換を施すことによれば、アナログデータの一部に雑音や妨害要素あるいは加工要素が含まれたとしても、それらは変換後のデータに均一に分散され、しかも逆変換される場合にも均一に分散されたままとなるため、例えば音声データのような一次元データや画像データのような二次元データの場合には、雑音などが分散されて復元されるので耳や目にはその雑音などが感知できない程度にまで低減することができる。すなわち、局所的に雑音などが現れるよりも一定の品質が担保される。
【００１１】
また、特に請求項２に記載のアナログ符号化システムにおいては、多次元直交変換後に、圧縮データを生成することができるので多量のデータの送信を行なうことが可能であり、しかも前述のとおり品質の劣化は復元データの全体に亘るため、全体的には一定の品質を担保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態に係るアナログ符号化システムについて図１乃至図８を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアナログ符号化システムの構成図である。アナログ符号化システムは、大きく入力部１、演算部２、出力部３及びデータベース４から構成されている。入力部１は、データベース４に格納されている各種データが入力されたり、演算部２に対してデータを入力する際に使用されるユーザーとのインターフェースである。
データベース４には、秘匿性の高いアナログ情報である生アナログデータ１２が格納されている。この生アナログデータ１２の例としては、一次元データとしては音声データ、二次元データとしては画像データがある。また、動画像は静止画像が時間的に連続するものであるため三次元データとして認識される場合がある。この生アナログデータ１２は、予めデータベース４に格納されてもよいが、入力部１から演算時に演算部２の第１写像変換部５に入力されてもよい。
生アナログデータ１２は演算部２に含まれる第１写像変換部５によって写像変換され、ｎ次元アナログデータ１３となる。例えば、一次元の音声データや２次元の画像データを３次元のアナログデータに写像変換されたものである。ｎ次元のｎは、秘匿性を考慮すれば生アナログデータ１２の次元よりも高い次数を表現するものであり、生アナログデータ１２が一次元の音声データであれば、ｎは２次以上となり、生アナログデータ１２が二次元の画像データであればｎは３次以上となる。但し、一般的には１以上の任意の数を意味するものである。図１では、ｎ次元アナログデータ１３もデータベース４に格納されているが、格納されずに第１写像変換部５に留めておいてもよい。
【００１３】
データベース４には、乱数発生関数データ１５が格納されており、同じく格納されている乱数発生関数初期値１４を用いることによって、乱数を発生させることができる。具体的には、演算部２の乱数発生部７によって乱数発生関数初期値１４と乱数発生関数データ１５が読み出され、乱数発生関数初期値１４によって乱数を発生させる。但し、乱数発生関数データ１５は予めデータベース４に格納することなく乱数発生部７の内部に格納しておいてもよい。また、乱数発生関数初期値１４もデータベース４に予め格納されるのではなく、入力部１を介して乱数発生部７に入力されるようにしておいてもよい。
発生した乱数は演算部２の多次元直交系列発生部６によって乱数発生部７から読み出され、多次元直交系列データ１６が一義的に生成される。生成された多次元直交系列データ１６はデータベース４に格納されるようにしておくとよい。また、この多次元直交系列データ１６は、多次元直交変換部８によってデータベース４から読み出され変換データ１７に変換される。この変換データ１７もデータベース４に格納される。さらに、演算部２の圧縮部９は、情報格納装置４から変換データ１７を読みだして圧縮し、圧縮データ１８を生成し、データベース４に格納する。圧縮部９は、多量のデータを送信などする際に設けられるものであるが、多量で重いデータを取り扱う必要がない場合には、必ずしも設けなくともよい。
【００１４】
変換データ１７あるいは圧縮データ１８は、演算部２の多次元直交逆変換部１０によって逆変換される。この逆変換の内容については後述するが、逆変換の際には、先に多次元直交変換部８で用いられた多次元直交系列データ１６が必要となる。そこで、この多次元直交系列データ１６を生成する際に、先の乱数発生関数初期値１４を用いて乱数の発生を再現して多次元直交変換時の多次元直交系列を再生成する。
多次元直交逆変換部１０によって逆変換されて得られたｎ次元アナログデータは、さらに第２写像変換部１１によって生アナログデータに変換される。
この演算部２における演算結果をはじめとして、入力部１から入力されるデータやデータベース４に格納されているデータは、出力部３によって他の装置やシステムに対して出力されたり、あるいは出力部３自身に表示される。
【００１５】
なお、データベース４には、演算部２内部で演算されたデータがそれぞれ格納されるが、演算部２の各要素において演算した後にデータベース４に格納されることなく、下流側の要素に送信されるようにしておいてもよいし、下流側にデータ送信を行なうと同時に並行してデータベース４に格納するようにしてもよい。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施の形態について図２を参照しながら説明する。図２は、第２の実施の形態に係るアナログ符号化システムの構成図である。図２において、図１と同一部分については同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。
本実施の形態においては、送信側演算部１９において、変換データ１７あるいは圧縮データ１８を生成し、それを受信側演算部２０へ送信して復元するものである。従って、多次元直交変換部８によって生成された変換データ１７あるいは圧縮部９によって生成された圧縮データ１８は送信部２１によって、受信側演算部２０の受信部２２へ送信される。
受信部２２は、受信した変換データ１７あるいは圧縮データ１８を多次元直交逆変換部１０によって復元するが、その際に用いられる多次元直交系列データ１６が必要となる。多次元直交系列データ１６は、受信側演算部２０の乱数発生部２４によって発生される乱数を用いて、多次元直交系列発生部２３によって生成される。乱数の発生には、乱数発生関数データ２６が用いられるが、その乱数発生関数の初期値を鍵とするため、この初期値を送信部２１から受信部２２へ伝送する必要がある。あるいは、乱数発生関数とその初期値を鍵として伝送してもよい。
【００１７】
受信部２２によって受信された乱数発生関数の初期値は鍵とされ、乱数発生部２４に送信され、さらに乱数発生部２４は、第１データベース２５から乱数発生関数データ２６を読み出して乱数を発生させる。このときに発生される乱数は、送信側演算部１９によって発生された乱数と値、順序において同じものとなる。
乱数発生部２４で発生された乱数を用いて多次元直交系列発生部２３では、送信側演算部１９と同様に多次元直交系列を生成する。さらに、第２データベース２７に格納された圧縮データ２８あるいは変換データ２９を読み出して受信側演算部２０の多次元直交逆変換部１０では逆変換を実施する。この逆変換によって、ｎ次元アナログデータ３０が得られ、このｎ次元アナログデータ３０は第２データベース２７に格納される。さらに、第２写像変換部１１は、第２データベース２７をデータベース４から読み出して写像変換を行い、送信側演算部１９によって写像変換された生アナログデータ３１を生成し、第２データベース２７に格納する。なお、第２データベース２７には、受信部２２で受信された圧縮データ２８及び変換データ２９が格納されているが、必ずしも格納せずとも、受信部２２で受信されたそれぞれを多次元直交逆変換部１０が受信して逆変換を実行してもよい。また、多次元直交逆変換部１０によって生成される多次元直交系列については、第２データベース２７に格納されていないが、生成した後に第２データベース２７に格納するようにしてもよい。
【００１８】
このように構成される本願発明の実施の形態における多次元直交系列を用いた多次元直交変換の方法について詳細に説明する。
次元数をｎ、周期Ｎ０＝Ｎ１・・・Ｎｎとする多次元(ｎ次元)複素系列ａを、式（１）のように与える。
【００１９】
【数１】
0004765054.tif 000002
【００２０】
ただし、系列要素の添え字ｉｊは、各次元の周期Ｎｊを法とする整数値であり、式（２）を示す。
【００２１】
【数２】
0004765054.tif 000003
【００２２】
また、系列の要素の２乗和は式（３）として議論する。
【００２３】
【数３】
0004765054.tif 000004
【００２４】
多次元(ｎ次元)直交系列ａは、位相シフトτ１・・・τｎにおける周期自己相関関数が式（４）で表される性質を持つ系列である。
【００２５】
【数４】
0004765054.tif 000005
【００２６】
つまり、周期自己相関関数が位相が完全に一致しているときは、その要素の大きさ（電力）に比例したピーク値を取り、少しでも不一致であれば、零となるような１次元以上のベクトルであらわされる系列である。ただし、*は複素共役を示し、式（５）に示される関係を満足するものである。
【００２７】
【数５】
0004765054.tif 000006
【００２８】
ここで、簡単に議論するために、式（６）としておいた周期Ｎ０＝Ｎｎのｎ次元直交系列で考える。
【００２９】
【数６】
0004765054.tif 000007
【００３０】
実際には、各次元の周期が異なるように拡張することは容易である。
周期Ｎ０＝Ｎｎのｎ次元直交系列の一般解は、式（７）、（８）で表せる。
【００３１】
【数７】
0004765054.tif 000008
【００３２】
とする。
ここで、実数系列となる条件は、式（９）で表せる。
【００３３】
【数８】
0004765054.tif 000009
【００３４】
特別な場合として。周期Ｎ０＝４ｎのｎ次元２値直交系列が存在し、式（１０）で表せる。
【００３５】
【数９】
0004765054.tif 000010
【００３６】
たとえば、周期１６の２次元直交系列で、式（１１）のように与えられ、２値直交系列も式（１２）のように生成させることができる。
【００３７】
【数１０】
0004765054.tif 000011
【００３８】
【数１１】
0004765054.tif 000012
【００３９】
また、これらを周期２ｎのｎ次元２値直交系列に変換することもできる。
さらに、同じようにして、周期２ｎのｎ次元３値直交系列が発生でき、またそれを周期４ｎのｎ次元３値直交系列に変換できる。
今、ｎ次元情報を式（１３）で示すものとする。
【００４０】
【数１２】
0004765054.tif 000013
【００４１】
これらの多次元情報は、一次元情報など、それよりも低次元の情報から容易に作ることができる。ここで、直交系列をもちいることより次の多次元直交変換を定義できる。
【００４２】
【数１３】
0004765054.tif 000014
【００４３】
また、多次元直交系列の直交性より、次の逆変換が成り立つ。
【００４４】
【数１４】
0004765054.tif 000015
【００４５】
式（１５）におけるアスタリスク＊は、前述のとおり複素共役を示すものである。
【００４６】
図３は、第１の実施の形態において、テキストや音楽などの１次元データを３次元直交系列を用いて直交変換する場合を示す概念図である。図３では、データのみに着目する。図３に示されるように、１次元データ３２を多次元直交変換前に何らかの方法により写像し、３次元データ３３とし、その後、多次元直交変換を行う。一般には、これらを１次元データに直したりして、加工しやすいデータに符号化し、それを記録したり通信する。また、復号では、逆の操作を行い、容易に情報を取り出すことができる。具体的には、多次元直交逆変換を行い逆変換データ３５を得て、さらに写像変換によって１次元データ３６を得るものである。
ここで、多次元直交変換は次のような２つの性質を有する。第一に、変換後はどのようなデータでもその出力値はガウス分布に近づくので性質の良いスクランブルが可能であるという性質、第二には、局所的な雑音が入ったとしても逆変換後はその雑音は全体に散らばるので誤差の少ない誤り補正が可能な符号化が実現できるという性質である。
【００４７】
本実施の形態においては、直交変換を実施して伝送し、それを復元することによれば、雑音を全体に散らばらせることが可能であるため、局所的な劣化は認められず、全体的に影響が希釈化されるため、全体的には、一定の品質を担保することができる。
さらに、本実施の形態においては、多次元直交系列は無数に存在するのでそれを鍵とすることで、多次元的に情報を複雑に変換できるので秘話性の高い暗号的符号化が可能であると考えられる。
アナログ符号化等の応用には、多次元複素直交系列での直交変換は、実数情報が複素数に変わるために実部と虚部の値を取り扱わなければならない。それゆえ、一般には、複素系列を取り扱うことはデータ量が増え好ましくない。
【００４８】
本実施の形態では、鍵となる多次元直交系列を乱数により与えるものである。
式（７）に示すように適当な関数ｆ（λ１・・・λｎ）を与えればよいが、一般には、数多くの異なる関数を与えるのは容易でない。特に実数直交系列である条件式（９）を満たす関数を見つけることは容易でない。ここでは、以下のように関数を与える。
［１］適当な乱数発生法Ｇを選択する。例えば、合同法やＴＬＰ乱数発生などである。今、Ｇでの初期条件をｘ０としてｉ（ｉ≧１）番目の値をｘｉ＝Ｇ（ｘ０，ｉ）とする。ここでは、ｘｉ（０≦ｘｉ≦１）とし、式（８）の関係よりｙｉ＝Ｎｘｉとして議論することにする。
［２］そのまま、乱数の値yｉを順に関数ｆ（λ１・・・λｎ）の出力値として決めていけば多次元複素直交系列が簡単に発生できる。ここで、式（９）を満足するように関数を与えれば実数系列となる。以下、式（９）の制限がある多次元実数直交系列を乱数より発生させる方法を述べる。たとえば、式（１６）に示すとおりで、
【００４９】
【数１５】
0004765054.tif 000016
【００５０】
の順に、
【００５１】
【数１６】
0004765054.tif 000017
【００５２】
なので、
【００５３】
【数１７】
0004765054.tif 000018
【００５４】
として決めていく。ただし、
【００５５】
【数１８】
0004765054.tif 000019
【００５６】
の場合は、ｙｉの代わりに０となる。
【００５７】
このような例を具体的に示すために図４を参照しながら説明する。図４は、ランダムに多次元実数直交系列を生成する手法を示す概念図であり、上述の理論において、Ｎ＝３、ｎ＝２とする場合を示している。ここで、ｍ１〜ｍ４は乱数発生関数より発生される乱数である。
ｎ＝２であることから、λはλ１とλ２の２つが存在し、最上行にそのλ１とλ２及び−λ１と−λ２、さらにｆ（λ１，λ２）の表示をして、その下の欄にそれぞれ０，１，２を入れると、例えば、２行目のλ１とλ２のそれぞれが０の場合は、式（１９）から０となる。
また、λ１が１でλ２が２の場合、すなわち７行目の場合は、−λ１と−λ２は、それぞれ−１と−２となるが、式（１７）より−１＝（３−１）＝２、−２＝（３−２）＝１となるので、それぞれ２，１が記入されている。このようなλ１とλ２の場合には、ｆ（λ１，λ２）は、ｆ（１，２）となり、これをｍ４とすれば、ｆ（２，１）は、式（１８）から−ｆ（１，２）となり、従ってｆ（２，１）＝−ｍ４となる。
【００５８】
従って、容易に式（７）で示される多次元直交系列を求めることができる。従って送信側において生成した多次元直交系列は、同じ乱数発生関数を備えた受信側では、乱数の初期値を鍵として、同じ多次元直交系列を生成することが可能である。従って、多次元直交変換は、多次元実数直交系列の鍵として、登録されている中の一つの乱数発生関数とその初期値Ｇ（ｘ０，  ）を与えることで、暗号的アナログ符号化が構築できる。
ここで、さらに多次元直交変換の性質よりデータ圧縮を考える。図５（ａ）に示すように、先ず、アナログデータを多次元直交変換する。実際には、[００５６]で述べたように、アナログデータはｎ次元アナログデータへ１度変換されそれを直交変換する。ここでは視覚的に見て分かりやすいようにアナログデータは画像を用いて考えることにする。変換データは、スクランブルされてまったく原画像（アナログデータ）と異なっていることが分かるように、直交変換したｎ次元アナログデータを原画像と同じ２次元データに直したものを載せている。その変換データを荒く量子化することにより情報圧縮するものである。これは図１，２の圧縮部９において実行されるものである。図５（ｂ）では、圧縮されたｎ次元データを逆変換することより情報データに戻す。このとき、量子化ビット数は、原画像（アナログデータ）に近くすることより、なめらかな画像を得ることができる。
【００５９】
多次元直交変換を用いたデータ圧縮を画像に適用すると、データ量が少なく、復号時には視覚的に見て良好な画像が得られると予想された。そこでこの方式の有効性を調べるために、１画素を８ビットで表す図６に示す濃淡画像を用いて４ビットに量子化のみを行った場合と多次元直交変換を適用した場合の画像の比較を行った。多次元直交変換を適用せず量子化した場合を図７に、多次元実数直交系列で変換を行い圧縮した場合を図８に示す。
図７と図８は、一見同じように見えるが、詳細に画像を検討した結果、次の２点の知見が得られた。第１に、量子化のみを行った場合は，量子化ビットが減るにつれ，段差が目立つ画像となること、また、第２に、直交変換を適用した場合は，量子化ビットが減るにつれ全体的に雑音が現れるものの段差はないことである。
【００６０】
以上説明したとおり、本実施の形態に係るアナログ符号化システムにおいては、乱数発生関数に初期値を与えて乱数を発生させ、それを用いて容易に多次元直交系列を生成させ、さらにそれを用いてアナログデータに多次元直交変換を施し、これを逆変換する際に、先の乱数発生関数の初期値を鍵としてアナログデータに復元することができる。従って、受信者側では予め送信者側と同一の乱数発生関数を備えておき、乱数発生関数の初期値さえ入手すれば、容易に乱数の発生の再現を実行することができる。このような乱数発生関数とその初期値を利用することで、鍵の送受信を容易にすることができるとともに、受信側の逆変換によるアナログデータの復元も容易となる。
また、多次元直交変換は、アナログデータの一部に雑音や妨害要素あるいは加工要素が含まれたとしても、それらは変換後のデータに均一に分散される性質を備えており、しかも逆変換される場合にも均一に分散されたままとなるため、雑音などが感知できない程度にまで低減させることができ、一定の品質が維持することができる。
さらに、圧縮部を備えることによれば、多次元直交変換後に、圧縮データを生成することができるので多量のデータの送信を行なうことが可能であり、しかも前述のとおり品質の劣化は復元データの全体に亘るため、全体的には一定の品質を担保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るアナログ符号化システムは、秘匿性の高いネットワーク構築や、音声、画像、情報信号などを伝送する際の暗号化システムとして金融システム、情報通信システム、行政システム、移動体通信システム、放送システム、セキュリティシステム、防衛システムなど汎用性の高いニーズが見込めるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施の形態に係るアナログ符号化システムの構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係るアナログ符号化システムの構成図である。
【図３】第１の実施の形態において、テキストや音楽などの１次元データを３次元直交系列を用いて直交変換する場合を示す概念図である。
【図４】ランダムに多次元直交系列を生成する手法を示す概念図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、情報データを直交変換した後に量子化によって圧縮し、復元した後に直交逆変換を施す場合の概念図である。
【図６】１画素を８ビットで表現する画像の一例である。
【図７】多次元直交変換を適用せず量子化して４ビットとした場合の画像である。
【図８】多次元直交変換を適用して量子化して４ビットとした場合の画像である。
【符号の説明】
【００６３】
１…入力部  ２…演算部  ３…出力部  ４…データベース  ５…第１写像変換部  ６…多次元直交系列発生部  ７…乱数発生部  ８…多次元直交変換部  ９…圧縮部  １０…多次元直交逆変換部  １１…第２写像変換部  １２…生アナログデータ  １３…ｎ次元アナログデータ  １４…乱数発生関数初期値  １５…乱数発生関数データ  １６…多次元直交系列データ  １７…変換データ  １８…圧縮データ  １９…送信側演算部  ２０…受信側演算部  ２１…送信部  ２２…受信部  ２３…多次元直交系列発生部  ２４…乱数発生部  ２５…第１データベース  ２６…乱数発生関数データ  ２７…第２データベース  ２８…圧縮データ  ２９…変換データ  ３０…ｎ次元アナログデータ  ３１…生アナログデータ  ３２…１次元データ  ３３…３次元データ  ３４…変換データ  ３５…逆変換データ  ３６…１次元データ
【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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