(57)【要約】【課題】高いセキュリティを確保し、１ビットオーディオデータのネットワーク秘匿通信を実現する。【解決手段】１ビットオーディオでは、音楽・音声信号が１ビット系列で表現されることに着目し、元々の信号をそれぞれｄ（＝３）ビットフレーム表現の複数の信号（Ｄ１〜Ｄ４）に分散する。分散の結果得られる各系列データは、データ長が長くなるが、１ビット系列であるので、これ自身も音楽・音声信号となるが、この信号を再生しても、元の音楽・音声信号とは全く異なる音となる。分散した信号（Ｄ１〜Ｄ４）の各ビットについて論理和を計算し、この論理和信号をｄビットずつのフレームに分け、各フレームで足し算をして、ある値（１．５）以上の場合は１、そうでなければ０として、新たな１ビットの系列を生成する。この系列が、元の１ビットオーディオデータ（Ｄ）になる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ビット系列で表現される音楽・音声信号を伝送するシステムにおいて、
フレーム単位のパターン合成により“１”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第１パターンデータとフレーム単位のパターン合成により“０”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第２パターンデータを用意し、前記音楽・音声信号の１ビット系列をビット毎に分割して“１”か否かを判定し、“１”のときは第１パターンデータを選択し、“１”でないときは第２パターンデータを選択し、それぞれフレーム毎にｎ系列信号に分散配置することでｎ系列の伝送信号を生成する伝送信号生成手段と、
前記伝送信号生成手段で生成されたｎ系列の伝送信号を全て受け取り、各系列の伝送信号間でフレーム同期させ、フレーム毎にパターン合成して“１”か“０”かを判別し順次出力することで前記音楽・音声信号の１ビット系列を取得する信号処理手段とを具備することを特徴とする１ビットオーディオ用情報分散システム。
【請求項２】
前記伝送信号生成手段で生成されたｎ系列の伝送信号を互いに独立したメディア信号として任意の伝送経路で伝送先へ配信することを特徴とする請求項１記載の１ビットオーディオ用情報分散システム。
【請求項３】
前記パターン合成は、フレームを表現する各ビットについて論理和を演算し、各ビットの論理和演算結果をフレーム内で加算し、予め設定した閾値と比較して得られるビット値であることを特徴とする請求項１記載の１ビットオーディオ用情報分散システム。
【請求項４】
１ビット系列で表現される音楽・音声信号を伝送するシステムに用いられ、
フレーム単位のパターン合成により“１”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第１パターンデータを格納する第１のデータベースと、
フレーム単位のパターン合成により“０”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第２パターンデータを格納する第２のデータベースと、
前記音楽・音声信号の１ビット系列をビット毎に分割して“１”か否かを判定する伝送ビット判定手段と、
前記伝送ビット判定手段の判定結果が“１”のときは前記第１のデータベースから第１パターンデータを読み出し、“１”でないときは前記第２のデータベースから第２パターンデータを読み出す読み出し手段と、
この読み出し手段で順次読み出される第１、第２パターンデータをそれぞれフレーム毎にｎ系列信号に分散配置することでｎ系列の伝送信号を生成する分散配置手段とを具備することを特徴とする１ビットオーディオ用情報分散システムの伝送信号生成装置。
【請求項５】
前記第１のデータベースはフレーム表現ビット数が互いに異なる第１パターンデータを格納し、
前記第２のデータベースはフレーム表現ビット数が互いに異なる第２パターンデータを格納し、
さらに、初期設定時に前記第１、第２のデータベースから読み出すフレーム表現ビット数を選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項４記載の１ビットオーディオ用情報分散システムの伝送信号生成装置。
【請求項６】
前記第１のデータベースは互いに異なる第１パターンデータを複数個格納し、
前記第２のデータベースは互いに異なる第２パターンデータを複数個格納し、
前記読み出し手段は、前記第１、第２のデータベースからそれぞれ前記第１、第２パターンデータをランダムに読み出すことを特徴とする請求項４記載の１ビットオーディオ用情報分散システムの伝送信号生成装置。
【請求項７】
前記パターン合成は、フレームを表現する各ビットについて論理和を演算し、各ビットの論理和演算結果をフレーム内で加算し、予め設定した閾値と比較して得られるビット値であることを特徴とする請求項４記載の１ビットオーディオ用情報分散システムの伝送信号生成装置。
【請求項８】
フレーム単位のパターン合成により“１”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第１パターンデータとフレーム単位のパターン合成により“０”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第２パターンデータを用意し、１ビット系列で表現される前記音楽・音声信号の１ビット系列をビット毎に分割して“１”か否かを判定し、“１”のときは第１パターンデータを選択し、“１”でないときは第２パターンデータを選択し、それぞれフレーム毎にｎ系列信号に分散配置することでｎ系列の伝送信号を生成し、互いに独立したメディア信号として任意の伝送経路で配信する１ビットオーディオ用情報分散システムに用いられ、
前記ｎ系列の伝送信号を全て受け取る受信手段と、
この受信手段で受信された各系列の伝送信号を互いにフレーム同期させる同期手段と、
この同期手段でフレーム同期されたｎ系列の伝送信号をフレーム毎にパターン合成して“１”か“０”かを判別する判別手段とを具備し、
前記判別手段の判別結果を順次出力することで前記音楽・音声信号の１ビット系列を取得することを特徴とする１ビットオーディオ用情報分散システムの受信信号処理装置。
【請求項９】
前記ビット合成は、フレームを表現する各ビットについて論理和を演算し、各ビットの論理和演算結果をフレーム内で加算し、予め設定した閾値と比較して得られるビット値であり、
前記判定手段は、前記同期手段でフレーム同期されたｎ系列の伝送信号のフレームを表現する各ビットについて論理和を演算し、各ビットの論理和演算結果をフレーム内で加算し、予め設定した閾値と比較してフレーム単位のビット値を求めることを特徴とする請求項８記載の１ビットオーディオ用情報分散システムの受信信号処理装置。
【請求項１０】
１ビット系列で表現される音楽・音声信号を伝送する１ビットオーディオ伝送方法において、
フレーム単位のパターン合成により“１”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第１パターンデータとフレーム単位のパターン合成により“０”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第２パターンデータを用意し、前記音楽・音声信号の１ビット系列をビット毎に分割して“１”か否かを判定し、“１”のときは第１パターンデータを選択し、“１”でないときは第２パターンデータを選択し、それぞれフレーム毎にｎ系列信号に分散配置することでｎ系列の伝送信号を生成する伝送信号生成ステップと、
前記伝送信号生成手段で生成されたｎ系列の伝送信号を全て受け取り、各系列の伝送信号間でフレーム同期させ、フレーム毎にパターン合成して“１”か“０”かを判別し順次出力することで前記音楽・音声信号の１ビット系列を取得する信号処理ステップとを具備することを特徴とする１ビットオーディオ信号伝送方法。
【請求項１１】
前記伝送信号生成手段で生成されたｎ系列の伝送信号を互いに独立したメディア信号として任意の伝送経路で伝送先へ配信することを特徴とする請求項１０記載の１ビットオーディオ信号伝送方法。
【請求項１２】
前記パターン合成は、フレームを表現する各ビットについて論理和を演算し、各ビットの論理和演算結果をフレーム内で加算し、予め設定した閾値と比較して得られるビット値であることを特徴とする請求項１０記載の１ビットオーディオ信号伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１ビット系列で表現されるオーディオデータを伝送するシステムに用いられ、特に伝送途中でのオーディオデータの内容漏洩を防止するセキュリティ対策技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の主要オーディオ技術の一つとなり得る１ビットオーディオシステム（例えば非特許文献１参照）は、マルチビットオーディオデータに比べて狭い帯域でオーディオデータを伝送可能であり、インターネット等のネットワークによる音楽・音声データ配信での活用に期待が寄せられている。但し、このような音楽・音声データの配信では、著作権保護を考慮し、セキュリティ対策が重要な課題となる。
【０００３】
伝送データのセキュリティ対策として、従来では、伝送データの暗号化による手法と伝送データの分解による手法がよく用いられる。
【０００４】
伝送データの暗号化による手法は、基本的に、送信側で所定の鍵データを用いて伝送データを暗号化し、受信側で同一の鍵データにより暗号化データを復号するという手法である。しかしながら、この手法では、鍵データ自体の漏洩等によって暗号が破られるとその内容が漏洩してしまう可能性がある。
【０００５】
一方、伝送データの分解による手法は、Ｎ個の相互に直交するランダム雑音ベクトルを用いて音楽・音声データを分解し、各分解データを別々のメディアとして伝送し、受信側で全てのメディアを受け取って足し合わせることで元の信号を得るという手法である。この手法は、伝送中の各信号が雑音信号のようになっているため、盗聴されたとしても元データを再生することができず、これによって内容自体の漏洩を防止することができる。しかしながら、この手法には、足し合わせるメディア数が増えるに従って、次第に元の信号に近い音が聞こえるようになり、分解されたメディア数が多少揃わなくても内容が漏洩されてしまうという問題が内在している。
【非特許文献１】"高忠実度オーディオ記録・再生 −高速1bit信号処理−," 第37回東北大通研シンポジウム, (1997, Nov.)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べたように、１ビットオーディオシステムは音楽・音声データのネットワーク配信での活用に期待が寄せられているが、従来のセキュリティ対策技術では内容の漏洩防止が十分でなく、その解決策の実現が強く望まれている。
【０００７】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたもので、高いセキュリティを確保し、１ビットオーディオデータのネットワーク秘匿通信を実現する１ビットオーディオ用情報分散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】
上記の目的を達成するために本発明に係る１ビットオーディオ用情報分散システムは、１ビット系列で表現される音楽・音声信号を伝送する場合に、送信側でフレーム単位のパターン合成により“１”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第１パターンデータとフレーム単位のパターン合成により“０”を示すｄビットフレーム表現のｎ系列の第２パターンデータを用意し、前記音楽・音声信号の１ビット系列をビット毎に分割して“１”か否かを判定し、“１”のときは第１パターンデータを選択し、“１”でないときは第２パターンデータを選択し、それぞれフレーム毎にｎ系列信号に分散配置することでｎ系列の伝送信号を生成し、受信側で前記伝送信号生成手段で生成されたｎ系列の伝送信号を全て受け取り、各系列の伝送信号間でフレーム同期させ、フレーム毎にパターン合成して“１”か“０”かを判別し順次出力することで前記音楽・音声信号の１ビット系列を取得する信号処理手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
特に、前記伝送信号生成手段で生成されたｎ系列の伝送信号を互いに独立したメディア信号として任意の伝送経路で伝送先へ配信することを特徴とする。
【００１０】
また、前記パターン合成は、フレームを表現する各ビットについて論理和を演算し、各ビットの論理和演算結果をフレーム内で加算し、予め設定した閾値と比較して得られるビット値であることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明をネットワーク音声通信に適用した場合には、上記の手法で幾つかの音楽・音声信号に分散した後、それぞれを独立したメディアとして別の経路で相手先に送る。この処理により、仮に一部の音楽・音声信号が盗聴者に盗み読まれたとしても内容の判読は不可能であり、盗聴者への漏洩を未然に防ぎつつ、全ての音楽・音声信号を受信した相手先だけがパターン合成によってその内容を聞くことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ネットワーク秘匿通信が実現される。この場合、暗号化とは異なるので、暗号が破られて内容が漏洩するというおそれはない。また、元の信号を合成する信号処理も、論理和と算術和、閾値処理という簡単な処理で実現できる。このことから、高いセキュリティを確保し、１ビットオーディオデータのネットワーク秘匿通信を実現する１ビットオーディオ用情報分散システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
まず、本発明に係る１ビットオーディオ用情報分散システムの概要について説明する。
【００１５】
本発明は、２値画像を対象にした視覚用の手法を音楽・音声データのネットワーク秘匿通信に応用したものである。すなわち、視覚用の手法では、それぞれの画像がごま塩雑音のようなパターンであっても、それらを重ね合わせることにより、相対的に黒の密度が高いところは黒く見え、それ以外の部分が白っぽく見える。その結果、黒の密度の低い部分が、“地”となり、高い部分が“図”となる。“図”となった部分が、例えば、それがある文字の形をしていると、人間にはその文字が知覚される。本発明の手法は、この考えを１ビット信号系列に表現される音信号に適用したものである。但し、この場合は人間により知覚をするのではなく、閾値処理により１か０に割り振る点が異なる。
【００１６】
図１は、本発明による手法の元となる２値画像に対する秘密データ分散の原理を図示するもので、ここでは、画像のある一部の領域を拡大してピクセル表示した様子を示している。図１において、Ｄ１からＤ４の４枚の画像のうち、（ａ）に示すように４枚全てを重ねるとその領域は黒い領域となるが、（ｂ），（ｃ）に示すようにどの１枚でも欠けていると完全な黒にはならない。その結果、この部分は人間の目には“地”に対する“図”として知覚されず、元の画像情報を推定することができない。
【００１７】
１ビットオーディオでは、音楽・音声信号が１ビット系列で表現されるので、上記の手法を直接適用することができる。図２は、元々の信号（Ｓ）をそれぞれｄビットフレーム表現（ここではｄ＝３）の４つの信号（Ｄ１〜Ｄ４）に分散した例である。分散の結果得られるデータは、データ長が長くなるが、１ビット系列であるので、これ自身も音楽・音声信号となる。ただし、この信号を再生しても、元の音楽・音声信号とは全く異なる音となる。
【００１８】
分散した信号（Ｄ１〜Ｄ４）から元の信号（Ｓ）を合成する手続きは、図３に示すように、まず、分散した信号（Ｄ１〜Ｄ４）の各ビットについて論理和を計算し、信号（Ｄ）を生成する。この信号（Ｄ）をｄビットずつのフレーム（ここではｄ＝３）に分け、各フレームで足し算をして、ある値（この例では、１．５）以上の場合は１、そうでなければ０として、新たな１ビットの系列を生成する。この系列が、元の秘密情報データを示す信号（Ｄ）になる。
【００１９】
図４は、上記の手法を採用した１ビットオーディオ用情報分散システムの伝送信号生成装置の構成を示すブロック図である。図４において、１１は予め閾値処理によって“１”となるｄビットフレーム表現のｎ系列組み合わせパターン（ここではｄ＝４，５，６それぞれについて４系列組み合わせパターンが複数組用意される）を格納する第１のデータベース、１２は予め閾値処理によって“０”となるｄビットフレーム表現のｎ系列組み合わせパターン（ここではｄ＝４，５，６それぞれについて４系列組み合わせパターンが複数組用意される）を格納する第２のデータベースである。
【００２０】
各データベース１１，１２において、どのビット表現の組み合わせパターンを使用するかは分散数に応じて決定し、初期設定時にセレクタ１３，１４によって選択しておく。勿論、各データベース１１，１２に対する選択ビット表現は同一とする。選択されたデータベース１１，１２は、指定されたビット表現の組み合わせパターンをランダムに読み出し出力する。
【００２１】
また、伝送データ分散処理部１５は、図示しない１ビットオーディオ音源から出力される１ビットオーディオデータを伝送データ（Ｓ）として取り込み、分割処理部１５１にて１ビットずつに分割した後、ビット値判定部１５２にて各ビット値ｂが“１”か否かを判定し、その判定結果に基づいて第１、第２のデータベース１１，１２に対する出力スイッチ１６，１７のいずれか一方をオンとする。
【００２２】
オン設定された側のデータベース１１，１２からランダムに読み出されるｄビット表現のｎ系列組み合わせパターンは、順次配列処理部１８に送られ、系列単位で４つの信号Ｄ１〜Ｄ４に分散配置される。ここで、配列処理部１８の配列処理で系列毎に遅延が生じる。そこで、遅延処理部１９にて各系列の信号Ｄ１〜Ｄ４について互いにフレームが一致するように同期制御を行う。これにより、伝送データが同期して分散配置された４つの信号Ｄ１〜Ｄ４が生成される。これらの信号Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれ別々のメディア信号としてネットワークを通じて伝送先に送信される。
【００２３】
図５は、図４に示した伝送信号生成装置にて生成された４つの信号を受信して元データを復号するデータ処理装置の構成を示すブロック図である。図５において、受信部２１にてネットワーク上からメディア信号Ｄ１〜Ｄ４を受信し、各信号Ｄ１〜Ｄ４をビット同期させて論理和ゲート２２に送り、フレーム内の各ビットについて論理和を計算する。そして、フレーム分離部２３にて各論理和出力をｄビットずつのフレーム（ここではｄ＝４）に分け、加算器２４にて各フレームで足し算し、その結果を比較判定部２５にて閾値（ここでは２）と比較し、閾値以上の場合は１、そうでなければ０として、新たな１ビットの系列を生成する。この系列が、元の１ビットオーディオデータを示す信号（Ｓ）になる。
【００２４】
以上のように、本発明をネットワーク音声通信に適用した場合には、上記の手法で幾つかの音声データに分散した後、それぞれを独立したメディアとして別の経路で相手先に送る。この処理により、仮に一部の音声データが盗聴者に盗み読まれたとしても内容の判読は不可能であり、盗聴者への漏洩を未然に防ぎつつ、全ての音声データを受信した相手先だけが加算合成によってその内容を聞くことができる。
【００２５】
したがって、本発明によれば、ネットワーク秘匿通信が実現される。この場合、暗号化とは異なるので、暗号が破られて内容が漏洩するというおそれはない。また、元の信号を合成する信号処理も、論理和と算術和、閾値処理という簡単な処理で実現できる。
【００２６】
本発明は上記実施形態の構成に限定されず、各系統に分散された信号は必ずしも同一のネットワークで伝送する必要はなく、一部はネットワーク伝送し、一部は記憶媒体に記憶させて配布するようにしても、受信側で同期をとるようにすれば同様に実施可能である。また、上記実施形態では、受信側のパターン合成において、各フレーム表現のビット値の論理和（ＯＲ）をとるようにしたが、論理積（ＡＮＤ）、排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ）等の論理演算によって処理するようにしてもよい。その他、フレームビット表現数、分散系統数は任意であり、種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による手法の元となる２値画像に対する秘密データ分散の原理を説明するための概念図。
【図２】図１に示した２値画像の秘密データ分散の手法を１ビットオーディオ用情報分散システムの音声データ伝送に適用した場合の音声データ分散信号の一例を示す概念図。
【図３】図２に示した４系列の音声データ分散信号を受信側で復号する場合の処理手順を説明するための概念図。
【図４】本発明に係る１ビットオーディオ用情報分散システムの送信側に用いられる伝送信号生成装置の構成を示すブロック図。
【図５】本発明に係る１ビットオーディオ用情報分散システムの受信側に用いられるデータ処理装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２８】
１１…第１のデータベース、１２…第２のデータベース、１３，１４…セレクタ、１５…伝送データ分散処理部、１５１…分割処理部、１５２…ビット値判定部、１６，１７…出力スイッチ、１８…配列処理部、１９…遅延処理部、２１…受信部、２２…論理和ゲート、２３…フレーム分離部、２４…加算器、２５…比較判定部。
【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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