(57)【要約】【課題】ＩＰネットワークを利用するＶｏＩＰ音声通信において音声データの広帯域化、ＳＮＲの向上、通話品質の向上を図り得るＶｏＩＰ音声通信方法およびシステムを提供する。【解決手段】  送信側で音声データをダウンサンプリング手段１でダウンサンプリングし、このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を補助情報生成手段５で生成するとともに、ダウンサンプリングした音声データを符号化手段３で符号化し、この符号化音声データに補助情報をステガノグラフィ埋め込み手段７により埋め込んで受信側に伝送し、受信側では受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出するとともに音声データを復号し、抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成し、この高域成分を音声データの低減成分に付加し、アップサンプリングして出力する。【選択図】図１
2005110018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＰネットワークを介してＶｏＩＰによる音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信方法であって、
音声データを送信する送信側においては、音声データをダウンサンプリングし、
このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成し、
前記ダウンサンプリングした音声データを符号化し、
この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込み、
この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送し、
受信側においては、受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出し、
音声データを復号し、
前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成し、
この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングする
ことを特徴とするＶｏＩＰ音声通信方法。
【請求項２】
前記補助情報を埋め込む処理は、ステガノグラフィの情報埋め込み技術により補助情報を埋め込むことを特徴とする請求項１記載のＶｏＩＰ音声通信方法。
【請求項３】
前記ステガノグラフィ技術により補助情報を埋め込む処理は、ＬＳＢ置換法を用いて、前記音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むことを特徴とする請求項２記載のＶｏＩＰ音声通信方法。
【請求項４】
前記ダウンサンプリング処理は、音声データを変形離散コサイン変換により離散コサイン変換係数を取得し、この離散コサイン変換係数を高低２帯域に等分割し、低域成分のみを逆変形離散コサイン変換することで音声データの標本化周波数を半分に低減したダウンサンプリングを行い、
前記補助情報を生成する処理は、前記離散コサイン変換係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成し、
前記アップサンプリング処理は、前記補助情報に基づいて生成した高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、逆変形離散コサイン変換して音声データの標本化周波数を倍に増大したアップサンプリングを行う
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ＶｏＩＰ音声通信方法。
【請求項５】
前記補助情報を生成する処理は、前記離散コサイン変換係数の高域成分を所定の帯域に等分割し、各帯域におけるピーク値の振幅と位置を補助情報として生成することを特徴とする請求項４記載のＶｏＩＰ音声通信方法。
【請求項６】
ＩＰネットワークを介してＶｏＩＰによる音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信システムであって、
音声データを送信する送信側は、
音声データをダウンサンプリングするダウンサンプリング手段と、
このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する補助情報生成手段と、
前記ダウンサンプリングした音声データを符号化する符号化手段と、
この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込む補助情報埋め込み手段と、
この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送する伝送手段とを有し、
音声データを受信する受信側は、
受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出する補助情報抽出手段と、
音声データを復号する復号手段と、
前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成する高域成分生成手段と、
この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングするアップサンプリング手段と、
を有することを特徴とするＶｏＩＰ音声通信システム。
【請求項７】
前記補助情報埋め込み手段は、ステガノグラフィの情報埋め込み技術により補助情報を埋め込むステガノグラフィ埋め込み手段を有することを特徴とする請求項６記載のＶｏＩＰ音声通信システム。
【請求項８】
前記ステガノグラフィ埋め込み手段は、ＬＳＢ置換法を用いて、前記音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むＬＳＢ置換手段を有することを特徴とする請求項７記載のＶｏＩＰ音声通信システム。
【請求項９】
前記ダウンサンプリング手段は、音声データを変形離散コサイン変換により離散コサイン変換係数を取得し、この離散コサイン変換係数を高低２帯域に等分割し、低域成分のみを逆変形離散コサイン変換することで音声データの標本化周波数を半分に低減したダウンサンプリングを行う手段を有し、
前記補助情報生成手段は、前記離散コサイン変換係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成する手段を有し、
前記アップサンプリング手段は、前記補助情報に基づいて生成した高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、逆変形離散コサイン変換して音声データの標本化周波数を倍に増大したアップサンプリングを行う手段を有する
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のＶｏＩＰ音声通信システム。
【請求項１０】
前記補助情報生成処理は、前記離散コサイン変換係数の高域成分を所定の帯域に等分割し、各帯域におけるピーク値の振幅と位置を補助情報として生成する手段を有することを特徴とする請求項９記載のＶｏＩＰ音声通信システム。
【請求項１１】
ＩＰネットワークを介してＶｏＩＰによる音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを送信する送信端末であって、
音声データをダウンサンプリングするダウンサンプリング手段と、
このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する補助情報生成手段と、
前記ダウンサンプリングした音声データを符号化する符号化手段と、
この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込む補助情報埋め込み手段と、
この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送する伝送手段と
を有することを特徴とするＶｏＩＰ音声通信システムの送信端末。
【請求項１２】
ＩＰネットワークを介してＶｏＩＰによる音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを受信する受信端末であって、
受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出する補助情報抽出手段と、
音声データを復号する復号手段と、
前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成する高域成分生成手段と、
この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングするアップサンプリング手段と
を有することを特徴とするＶｏＩＰ音声通信システムの受信端末。
【請求項１３】
ＩＰネットワークを介したＶｏＩＰによる音声通信において送信側で音声データを送信するためのコンピュータが実行可能なＶｏＩＰ音声通信方法プログラムであって、
前記コンピュータに
音声データをダウンサンプリングする手順と、
このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する手順と、
前記ダウンサンプリングした音声データを符号化する手順と、
この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込む手順と、
この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送する手順と
を実行させることを特徴とするＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【請求項１４】
前記補助情報を埋め込む手順は、ステガノグラフィの情報埋め込み技術により補助情報を埋め込む手順を有することを特徴とする請求項１３記載のＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【請求項１５】
前記ステガノグラフィ技術により補助情報を埋め込む手順は、ＬＳＢ置換法を用いて、前記音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むことを特徴とする請求項１４記載のＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【請求項１６】
前記ダウンサンプリング手順は、音声データを変形離散コサイン変換により離散コサイン変換係数を取得し、この離散コサイン変換係数を高低２帯域に等分割し、低域成分のみを逆変形離散コサイン変換することで音声データの標本化周波数を半分に低減したダウンサンプリングを行う手順を有し、
前記補助情報を生成する手順は、前記離散コサイン変換係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成する手順を有する
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載のＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【請求項１７】
前記補助情報を生成する手順は、前記離散コサイン変換係数の高域成分を所定の帯域に等分割し、各帯域におけるピーク値の振幅と位置を補助情報として生成することを特徴とする請求項１６記載のＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【請求項１８】
ＩＰネットワークを介したＶｏＩＰによる音声通信において受信側で音声データを受信するためのコンピュータが実行可能なＶｏＩＰ音声通信方法プログラムであって、
前記コンピュータに
受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出する手順と、
音声データを復号する手順と、
前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成する手順と、
この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングする手順と
を実行させることを特徴とするＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【請求項１９】
前記アップサンプリング手順は、前記補助情報に基づいて生成した高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、逆変形離散コサイン変換して音声データの標本化周波数を倍に増大したアップサンプリングを行うことを特徴とする請求項１８記載のＶｏＩＰ音声通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）技術によりＩＰ（Internet Protocol）ネットワークを利用して音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信方法、システムおよびプログラムに関し、更に詳しくは、ステガノグラフィ手法による情報埋め込み技術を利用してＶｏＩＰにおける音声データの広帯域化を可能とするＶｏＩＰ音声通信方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰネットワークを利用して音声通信を行うＶｏＩＰ技術が近年注目を集めている（例えば、非特許文献１参照）。また、ＶｏＩＰはベストエフォート型のＩＰネットワークをインフラとしているため、エンド・トゥ・エンド品質の確保が原理的な課題であり、様々な対策を施すことが検討されている。
【非特許文献１】藤原洋著、マルチメディア情報圧縮、共立出版，２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、ＶｏＩＰはベストエフォート型のＩＰネットワークをインフラとしているため、エンド・トゥ・エンド品質の確保が原理的な課題であり、ＶｏＩＰ音声通信の付加価値を高めるために、音声データの広帯域化、信号対雑音比（ＳＮＲ）の向上及び通話品質の向上が要望されている。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＩＰネットワークを利用するＶｏＩＰ音声通信において音声データの広帯域化、ＳＮＲの向上及び通話品質の向上を図り得るＶｏＩＰ音声通信方法、システム、その送信端末と受信端末およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信方法は、ＶｏＩＰ技術によりＩＰネットワークを利用して音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信方法であって、音声データを送信する送信側においては、音声データをダウンサンプリングし、このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成し、前記ダウンサンプリングした音声データを符号化し、この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込み、この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送し、受信側においては、受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出し、音声データを復号し、前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成し、この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングすることを要旨とする。
【０００６】
請求項２記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信方法は、前記補助情報を埋め込む処理が、ステガノグラフィの情報埋め込み技術により補助情報を埋め込むことを要旨とする。
【０００７】
請求項３記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信方法は、前記ステガノグラフィ技術により補助情報を埋め込む処理は、ＬＳＢ（最下位ビット）置換法を用いて、前記音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むことを要旨とする。
【０００８】
請求項４記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信方法は、前記ダウンサンプリング処理が、音声データを変形離散コサイン変換により離散コサイン変換係数を取得し、この離散コサイン変換係数を高低２帯域に等分割し、低域成分のみを逆変形離散コサイン変換することで音声データの標本化周波数を半分に低減したダウンサンプリングを行い、前記補助情報を生成する処理が、前記離散コサイン変換係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成し、前記アップサンプリング処理が、前記補助情報に基づいて生成した高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、逆変形離散コサイン変換して音声データの標本化周波数を倍に増大したアップサンプリングを行うことを要旨とする。
【０００９】
請求項５記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信方法は、前記補助情報を生成する処理は、前記離散コサイン変換係数の高域成分を所定の帯域に等分割し、各帯域におけるピーク値の振幅と位置を補助情報として生成することを要旨とする。
【００１０】
請求項６記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信システムは、ＶｏＩＰ技術によりＩＰネットワークを利用して音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信システムであって、音声データを送信する送信側が、音声データをダウンサンプリングするダウンサンプリング手段と、このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する補助情報生成手段と、前記ダウンサンプリングした音声データを符号化する符号化手段と、この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込む補助情報埋め込み手段と、この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送する伝送手段とを有し、音声データを受信する受信側が、受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出する補助情報抽出手段と、音声データを復号する復号手段と、前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成する高域成分生成手段と、この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングするアップサンプリング手段と、を有することを要旨とする。
【００１１】
請求項７記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信システムは、前記補助情報埋め込み手段が、ステガノグラフィの情報埋め込み技術により補助情報を埋め込むステガノグラフィ埋め込み手段を有することを要旨とする。
【００１２】
請求項８記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信システムは、前記ステガノグラフィ埋め込み手段が、ＬＳＢ（最下位ビット）置換法を用いて、前記音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むＬＳＢ置換手段を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信システムは、前記ダウンサンプリング手段が、音声データを変形離散コサイン変換により離散コサイン変換係数を取得し、この離散コサイン変換係数を高低２帯域に等分割し、低域成分のみを逆変形離散コサイン変換することで音声データの標本化周波数を半分に低減したダウンサンプリングを行う手段を有し、前記補助情報生成手段が、前記離散コサイン変換係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成する手段を有し、前記アップサンプリング手段が、前記補助情報に基づいて生成した高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、逆変形離散コサイン変換して音声データの標本化周波数を倍に増大したアップサンプリングを行う手段を有することを要旨とする。
【００１４】
請求項１０記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信システムは、前記補助情報生成処理が、前記離散コサイン変換係数の高域成分を所定の帯域に等分割し、各帯域におけるピーク値の振幅と位置を補助情報として生成する手段を有することを要旨とする。
【００１５】
請求項１１記載の送信端末は、ＩＰネットワークを介してＶｏＩＰによる音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを送信する送信端末であって、音声データをダウンサンプリングするダウンサンプリング手段と、このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する補助情報生成手段と、前記ダウンサンプリングした音声データを符号化する符号化手段と、この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込む補助情報埋め込み手段と、この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送する伝送手段とを有することを要旨とする。
【００１６】
請求項１２記載の本発明の受信端末は、ＩＰネットワークを介してＶｏＩＰによる音声通信を行うＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを受信する受信端末であって、受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出する補助情報抽出手段と、音声データを復号する復号手段と、前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成する高域成分生成手段と、この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングするアップサンプリング手段とを有することを要旨とする。
【００１７】
請求項１３記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、ＶｏＩＰ技術によりＩＰネットワークを利用して行われる音声通信において送信側で音声データを送信するためのコンピュータが実行可能なＶｏＩＰ音声通信方法プログラムであって、前記コンピュータに音声データをダウンサンプリングする手順と、このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する手順と、前記ダウンサンプリングした音声データを符号化する手順と、この符号化された音声データに前記補助情報を埋め込む手順と、この補助情報の埋め込まれた音声データを受信側に伝送する手順とを実行させることを要旨とする。
【００１８】
請求項１４記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、前記補助情報を埋め込む手順が、ステガノグラフィの情報埋め込み技術により補助情報を埋め込む手順を有することを要旨とする。
【００１９】
請求項１５記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、前記ステガノグラフィ技術により補助情報を埋め込む手順が、ＬＳＢ（最下位ビット）置換法を用いて、前記音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むことを要旨とする。
【００２０】
請求項１６記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、前記ダウンサンプリング手順が、音声データを変形離散コサイン変換により離散コサイン変換係数を取得し、この離散コサイン変換係数を高低２帯域に等分割し、低域成分のみを逆変形離散コサイン変換することで音声データの標本化周波数を半分に低減したダウンサンプリングを行う手順を有し、前記補助情報を生成する手順が、前記離散コサイン変換係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成する手順を有することを要旨とする。
【００２１】
請求項１７記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、前記補助情報を生成する手順が、前記離散コサイン変換係数の高域成分を所定の帯域に等分割し、各帯域におけるピーク値の振幅と位置を補助情報として生成することを要旨とする。
【００２２】
請求項１８記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、ＶｏＩＰ技術によりＩＰネットワークを利用して行われる音声通信において受信側で音声データを受信するためのコンピュータが実行可能なＶｏＩＰ音声通信方法プログラムであって、前記コンピュータに受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出する手順と、音声データを復号する手順と、前記抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成する手順と、この高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングする手順とを実行させることを要旨とする。
【００２３】
請求項１９記載の本発明のＶｏＩＰ音声通信プログラムは、前記アップサンプリング手順が、前記補助情報に基づいて生成した高域成分を前記復号した音声データの低域成分に付加し、逆変形離散コサイン変換して音声データの標本化周波数を倍に増大したアップサンプリングを行うことを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、送信側で音声データをダウンサンプリングし、このダウンサンプリングした音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成し、この補助情報を符号化音声データに埋め込んで受信側に伝送し、受信側では音声データに埋め込まれた補助情報を抽出するとともに音声データを復号し、抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成し、この高域成分を音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングするので、音声データのＳＮＲを向上できて、音声データの広帯域化が図られ、全体的に明瞭度が改善され、通話品質の向上を図り得る。
【００２５】
また、本発明によれば、ステガノグラフィの情報埋め込み技術のＬＳＢ（最下位ビット）置換法を用いて補助情報を音声データに埋め込むので、ＶｏＩＰフォーマットを変更することなく、音声データの広帯域化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明のＶｏＩＰ音声通信方法は、音声データを送信する送信側において、音声データをダウンサンプリングし、この音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成するとともに、音声データを符号化し、この符号化音声データに補助情報を埋め込んで受信側に伝送する。一方、受信側においては、受信した音声データに埋め込まれた補助情報を抽出するとともに音声データを復号し、抽出した補助情報に基づいて高域成分を生成し、この高域成分を音声データの低域成分に付加し、アップサンプリングして出力する。
【実施例】
【００２７】
図１および図２は、それぞれ本発明の一実施例に係わるＶｏＩＰ音声通信方法を実施するＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを送信する送信側および音声データを受信する受信側の主要部の構成を示すブロック図である。なお、本実施例は、既存システムとの互換性を考慮して、標本化周波数８ｋＨz でデジタル化した音声データを量子化精度８ビットに対数量子化するコーデックであり、他のコーデックと比較して冗長性が高いため圧縮効率は低いが、通話品質の劣化を小さく抑えることができるＰＣＭＵコーデックとした場合に適用する。また、図１は送信端末として構成する場合の機能を示し、図２は受信端末として構成する場合の機能を示すものでもある。
【００２８】
図１において、例えば１６ｋＨz の標本化周波数で標本化され、１６ビットの量子化精度を有する音声データを入力されると、この入力音声データは、ダウンサンプリング手段１でダウンサンプリングされて、標本化周波数を１６ｋＨz から８ｋＨz に変更され、符号化手段３および補助情報生成手段５に入力される。
【００２９】
ダウンサンプリング手段１は、変形離散コサイン変換（以下、Modified Discrete Cosine Transformの略としてＭＤＣＴと称する）を利用して、入力音声データのダウンサンプリングを行っている。このダウンサンプリングは、１６ｋＨz の標本化周波数で標本化された例えば図３（ａ）に示すような入力音声データの２フレームの５１２データに対してＭＤＣＴを行い、図３（ｂ）に示すように高低２帯域に等分割された離散コサイン変換（以下、Discrete Cosine Transformの略としてＤＣＴと称する）係数を取得する。
【００３０】
このＤＣＴ係数の低域成分のみを図３（ｃ）に示すように分離し、このＤＣＴ係数の低域成分に対して逆変形離散コサイン変換（以下、Inverse Modified Discrete Cosine Transformの略としてＩＭＤＣＴと称する）を行って逆変換することにより、図３（ｄ）に示すように２フレームで半分の２５６データとなるように音声データの標本化周波数を１／２の８ｋＨz に変更し、これによりダウンサンプリングを達成する。なお、本実施例では、フレーム長は１６ｍs としたが、これは標本化周波数が１６ｋＨz の場合には、２５６点に相当し、８ｋＨz の場合には、１２８点に相当する。
【００３１】
符号化手段３は、ダウンサンプリング手段１でダウンサンプリングされた音声データを例えばＰＣＭＵにより符号化する。また、補助情報生成手段５は、ダウンサンプリング手段１でダウンサンプリングされた音声データから広帯域化に必要となる補助情報を生成する。
【００３２】
補助情報生成手段５における補助情報の生成は、ダウンサンプリング手段１で取得したＤＣＴ係数の高域成分から広帯域化に必要となる補助情報を生成するが、これは、図４（ａ）に示すように１２８点となるＤＣＴ係数の高域成分を８点ずつ１６帯域に等分割し、図４（ｂ）に示すように各帯域におけるピーク値の振幅と位置を抽出する。この抽出した各帯域におけるピーク値の振幅を図４（ｃ）に示すように３ビットで量子化し、振幅が０以外の場合にはピーク値の位置を表わすために３ビットを割り当てて、補助情報として生成する。なお、振幅の量子化に必要となるステップサイズについては８ビットを割り当てている。結果として、最大１０４ビットとなる可変長の補助情報が生成される。
【００３３】
この補助情報生成手段５で生成された補助情報は、補助情報埋め込み手段を構成するステガノグラフィ埋め込み手段７において符号化手段３で符号化された音声データにステガノグラフィ手法によって埋め込まれ、出力音声データとして受信側に伝送すべくＩＰネットワークに出力される。この出力音声データは、８ｋＨz の標本化周波数で標本化され、８ビットの量子化精度を有するものである。なお、補助情報を伝送するには、そのためのチャネルを別途設けることが最も簡単であるが、伝送量の増加を伴うＶｏＩＰフォーマットの変更が必要となり、互換性を欠くので、本実施例では、音声データ等のデジタルコンテンツに対して別のデータを知覚できないようにして埋め込むステガノグラフィ手法と呼ばれる情報埋め込み技術を利用し、これにより通話品質を同等に保ちつつ音声データと同時に補助情報の伝送を行っているものである。この結果、補助情報の伝送のためのチャネルを別途設ける必要がなく、従来のＶｏＩＰフォーマットを変更する必要がないという利点がある。
【００３４】
ステガノグラフィ手法としては、音声データの最下位ビットを補助情報で置換することにより補助情報を音声データに埋め込むＬＳＢ（Least Significant Bit）置換法を用いている。但し、符号化手段３でＰＣＭＵによって符号化された音声データでは、ＬＳＢの重みが振幅の絶対値に比例することを考慮して、本実施例では埋め込み歪みを低減するために、図５（ａ）に示すような原音声データに対して図５（ｂ）に示すように昇順のソート処理を行う。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、上向きの矢印で示す０や１は音声データのＬＳＢを示しているものである。
【００３５】
図５（ｂ）に示すように昇順のソート処理を施された音声データの上向きの矢印の０、１で示す振幅の絶対値が小さい音声データを図５（ｃ）に示すように順番に補助情報を置換することにより選択的に埋め込みを行う。この例では、補助情報は、図５（ｃ）に示すように、00110100001011010であり、この補助情報は、図５（ｂ）に示す音声データの10011000110001100の代わりに埋め込まれる。このように補助情報を埋め込まれた音声データは、図５（ｄ）に示すように補助情報埋め込み済み音声データとして生成される。このようにステガノグラフィ埋め込み手段７で補助情報の埋め込まれた標本化周波数８ｋＨz 、量子化精度８ビットの音声データをステガノグラフィ埋め込み手段７から受信側に伝送すべくＩＰネットワークに出力する。
【００３６】
なお、ステガノグラフィ埋め込み手段７における補助情報の埋め込みでは、埋め込みにより音声データの振幅が変化しても埋め込み位置を同定できるように音声データの振幅の絶対値を次式のように定義し、ＬＳＢを無視した昇順のソート処理を行っている。
【数１】
2005110018.tif 000003
一方、受信側においては、ＩＰネットワークから補助情報の埋め込まれた標本化周波数８ｋＨz 、量子化精度８ビットの音声データを受信すると、図２に示すように、補助情報抽出手段であるステガノグラフィ抽出手段１１において受信音声データから補助情報１５を抽出する。このステガノグラフィ抽出手段１１における補助情報１５の抽出では、図５（ｅ）に示すように、昇順のソート処理を施して補助情報１５を抽出する。そして、この抽出された補助情報１５は、復号手段１３に供給され、送信側でＰＣＭＵにより符号化された音声データを復号し、アップサンプリング手段１７に供給するとともに、またステガノグラフィ抽出手段１１からも直接アップサンプリング手段１７に供給される。
【００３７】
アップサンプリング手段１７においては、図６（ａ）に示すように、復号手段１３で復号された音声データの２フレームの２５６データに対してＭＤＣＴを行って、図６（ｂ）に示すようにＤＣＴ係数の低域成分を取得する。また、ステガノグラフィ抽出手段１１から供給された補助情報に基づきＤＣＴ係数の高域成分を生成し、この高域成分、すなわち図４（ｃ）に示すような高域成分を図６（ｃ）に示すように低域成分に付加する。それから、図６（ｄ）に示すように、ＩＭＤＣＴによって２フレームで５１２データの音声データにアップサンプリングを行って、標本化周波数１６ｋＨz 、量子化精度１６ビットの音声データに復元して出力する。
【００３８】
図７（ａ）、（ｂ）は、上記ＤＣＴ係数の高域成分を付加した場合と付加しない場合のそれぞれについてのスペクトログラムの例を示す図である。同図から、上述した本実施例のように高域成分を付加すると、図７（ａ）に示すように、４ｋＨz から８ｋＨz までの高域成分がある程度、復元できることが分かった。また、実際に試聴したところ、本実施例のＶｏＩＰ音声通信方法では高域成分が付加されたことにより、明瞭度が改善され得ることが分かった。なお、本実施例のように高域成分を付加しない場合には、図７（ｂ）に示すように、４ｋＨz から８ｋＨz の高域成分が全くないことは勿論のことである。
【００３９】
図８（ａ）、（ｂ）および図９（ａ）、（ｂ）は、上述した本発明のＶｏＩＰ音声通信方法の有効性を確認するために行った評価実験結果を従来法の場合と比較して示すグラフである。この評価実験は、音声データベースからランダムに選択した男性話者１名、女性話者１名の各話者１０個で合計２０個の音声データ資料を用いて行った。この音声データ資料の本来の標本化周波数は、１６ｋＨz であり、本評価実験では、この音声データ資料に対して本発明のＶｏＩＰ音声通信方法を適用し、標本化周波数８ｋＨz と１６ｋＨz のそれぞれで再生する場合についてＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）を指標として客観的に品質評価を行った。ここで、標本化周波数８ｋＨz は、本発明のＶｏＩＰ音声通信方法を実装していない端末で、本発明のＶｏＩＰ音声通信方法によって符号化された音声データを再生する場合を想定した評価項目である。
【００４０】
また、図８（ａ）、（ｂ）および図９（ａ）、（ｂ）では、本発明のＶｏＩＰ音声通信方法による評価結果と比較するために、標本化周波数８ｋＨz で再生する場合は、補助情報の埋め込みを行わなかった音声データを再生する場合を従来法とし、また標本化周波数１６ｋＨz で再生する場合は、補助情報の埋め込みを行わなかった音声データに対してＤＣＴ係数の高域成分を付加せずにアップサンプリングして再生する場合を従来法としている。
【００４１】
図８（ａ）、（ｂ）および図９（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ標本化周波数が８ｋＨz および１６ｋＨz の場合における男性と女性のＳＮＲを本発明のＶｏＩＰ音声通信方法と従来法について示すグラフにおいて白抜きが従来法によるものであり、黒塗りが本発明のＶｏＩＰ音声通信方法によるものである。
【００４２】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、標本化周波数が８ｋＨz の場合には、従来法の方がＳＮＲが大きく、有利であるが、標本化周波数が１６ｋＨz の場合には、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明のＶｏＩＰ音声通信方法の方が従来法よりもＳＮＲが大きく、改善されていることが分かる。すなわち、標本化周波数が８ｋＨz の場合には、補助情報の埋め込みを行っている分、品質劣化は不可避であるが、標本化周波数が１６ｋＨz の場合には、本発明のＶｏＩＰ音声通信方法の方が従来法に比較してＳＮＲが大きく、実際に試聴したところ、本発明のＶｏＩＰ音声通信方法では高域成分が付加されたことにより、全体的に明瞭度が改善され、音声データの広帯域化、通話品質の向上が得られることが分かった。
【００４３】
なお、上記実施例では、補助情報を音声データに埋め込むために、ステガノグラフィ埋め込み手段７を用いて、ステガノグラフィ手法により、更に詳しくは、ステガノグラフィ手法のＬＳＢ置換法により補助情報を音声データに埋め込んでいるが、本発明は、これに限定されるものでなく、例えば周波数変調法などを用いて補助情報を音声データに埋め込んでもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係わるＶｏＩＰ音声通信方法を実施するＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを送信する送信側の主要部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係わるＶｏＩＰ音声通信方法を実施するＶｏＩＰ音声通信システムの音声データを受信する受信側の主要部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す実施例に使用されているダウンサンプリング手段のダウンサンプリング処理を説明するための図である。
【図４】図１に示す実施例に使用されている補助情報生成手段における補助情報の生成処理を説明するための図である。
【図５】図１に示す実施例に使用されているステガノグラフィ埋め込み手段における情報埋め込み処理であるステガノグラフィ処理を説明するための図である。
【図６】図２に示す実施例に使用されているアップサンプリング手段１７のアップサンプリング処理を説明するための図である。
【図７】図１、２に示す実施例においてＤＣＴ係数の高域成分を付加した場合と付加しない場合のそれぞれについてのスペクトログラムの例を示す図である。
【図８】図１、２に示す実施例のＶｏＩＰ音声通信方法の有効性を確認するために行った評価実験結果を従来法の場合と比較して示す標本化周波数が８ｋＨz の場合のグラフである。
【図９】図１、２に示す実施例のＶｏＩＰ音声通信方法の有効性を確認するために行った評価実験結果を従来法の場合と比較して示す標本化周波数が１６ｋＨz の場合のグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１    ダウンサンプリング手段
３    符号化手段
５    補助情報生成手段
７    ステガノグラフィ埋め込み手段
１１    ステガノグラフィ抽出手段
１３    復号手段
１５    補助情報
１７    アップサンプリング手段
【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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