特教研 G‑3

共同研究（共同研究機関：東北大学電気通信研究所）

電子透かし技術を応用した
障害者のための情報補償システムの開発−音響の情報バリアフリー化に向けて−（平成16年度 〜18年度）

研究報告書

平成 19 年３月

独立行政法人

国立特殊教育総合研究所

特教研 G‑3

共同研究（共同研究機関：東北大学電気通信研究所）

電子透かし技術を応用した
障害者のための情報補償システムの開発−音響の情報バリアフリー化に向けて−（平成16年度 〜18年度）

研究報告書

平成 19 年３月

独立行政法人

国立特殊教育総合研究所

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本研究は，障害者基本法に書かれた情報の利用におけるバリアフリー化を目指す一環として聴覚障害者を主な対象とした情報補償システムの開発を目指したものであり，音の電子透かし技術に関する特許と研究実績のある東北大学電気通信研究所と国立特殊教育総合研究所の共同研究 * として行われたものである。
本書は，音声情報のバリアフリーの 1 つとして公共の場所等における音声によるアナウン
スを文字情報として伝えるシステムの実用化に向けて行った上記の研究成果について報告するものである。
本共同研究の成果として開発された「パーソナル音響キャプションデコーダ」はＰＤＡタ
イプの携帯コンピュータ(165mm × 95mm, 600g, 重さは補助バッテリー含む。)を本体として動作するもので，スピーカから発せられる音に埋め込まれた電子透かしを解読して，聾学校の校内文字放送システムで用いられるメッセージを表示することが可能となっている。
評価実験では屋内で最小40dB程度という，図書館内の騒音レベルとされる程度の小さな音圧のデータから電子透かしを認識しており，音源からの距離は 77m を記録した。屋外では 50‑
55dB，音源から 32m の距離で認識が可能であった。音電子透かしの空気伝搬の耐性に関する当初の予想を大きく上回っており，今後さらに精緻な実験が必要であるが，現時点において，実用範囲となる成果を上げたものと考えている。
今後は，メッセージデータを Web 上に配置することで常に新しい情報を参照可能にすること，現在 PDA 上で動作するシステムを普及型の携帯電話上のアプリケーションとして利用することなど，本システムの完全実用化への取り組み，さらに一般ユーザも便利に利用可能であることを踏まえて，学校内での利用を越え，緊急公共放送や駅の構内などにおける音声デー
タへの電子透かしの応用など視野に入れた音響のバリフリーの規格化など，今回の開発が進んだことで見えてきた発展的な課題に取り組む必要があると考えている。
国立大学法人東北大学電気通信研究所

独立行政法人国立特殊教育総合研究所

総括研究員

棟 方 哲 弥教授

鈴 木 陽 一*「共同研究」とは，障害種別等に係る専門的研究に関し，研究所の研究員等又は研究員等のチームと外部機関
等とが，共通の課題について共同して行う研究であって，研究所の実際的・総合的研究と外部機関等における基礎的・理論的研究を融合し，障害のある子どもの教育の充実に資するものをいう(独立行政法人国立特殊教育総合研究所共同研究実施規則より)。

本共同研究は，以下の研究体制で行われた（なお，甲と乙の記述は共同研究契約書による）。

上記の他に，元国立特殊教育総合研究所科学研究支援員山口俊光氏には，同支援員期間終了後よりシステムの実装ならびに研究資料作成を担当いただいた。ここに記して謝意を表す
る次第である。

ii

79

iii

障害者基本法では，情報機器等における障害者の利便の確保を国と地方自治体の責務としており，参議院内閣委員会の同法の付帯決議には，情報機器等のみならず，コンテンツや通信サービスについてのバリアフリー化の実現に向けて万全を期すことが明記された。
すでに，国立特殊教育総合研究所では，プロジェクト研究等において，障害のある子ども
が情報機器，メディア及びコンテンツを活用するための開発研究等を行ってきているが，これらの高度な技術に関するバリアフリーに焦点を当てた研究開発では，電気通信分野の基礎的・理論的研究との融合が必須となると思われた。そこで，音の電子透かし技術（第Ⅳ章研究資料を参照。）に関する特許と研究実績のある東北大学電気通信研究所（以下，通研）との共同研究を開始した。
研究の開始当時において，通研における電子透かしの解読のためのリアルタイム処理は，高性能な CPU（演算装置）を搭載したデスクトップコンピュータで実行されており，さらに空気伝搬させた音の電子透かしの解析は未知の領域であった。平成 16 年から平成 17 年度においては「LDPC 符号による音電子透かしの耐性強化に関する研究」として，当時修士課程に在籍していたカクトウ氏により，透かし情報の解読精度の向上方法が明らかにされた。この間，国立特殊教育総合研究所では，実証機に搭載可能なプログラムの完成を待ちながら，東北大学
電気通信研究所とのデータ互換を行うためのシステムの準備と合わせて，その応用方法について研究協力校である筑波大学附属聾学校と検討を進めた。とりわけ同校が独自に運用を始めていた「校内文字情報表示端末システム」（廊下と教室に電光掲示板が固定設置されたタイ
プ）の利用状況の聞き取りを含めて提示すべきメッセージについて検討を行ってきた。
このような状況の中，通研において，空気伝搬させた電子透かしデータのリアルタイムの解読処理を行う実演が公開されたのは平成 18 年 10 月であった。同研究所において，左右のスピーカから出力される別々の電子透かしデータを，一般的なノートパソコンによって解読することに成功した。そこでは多くの人が出入りする実用に近い状況で電子透かし情報の解読に成功した一方で，その段階で，常に動作が安定していたわけではなかった。このソースプ
ログラムとＣライブラリの提供を受け，国立特殊教育総合研究所では PDA への実装とデータを受信した際に，校内文字放送に使われるメッセージを表示させる実証機の開発と評価に取
り組んだ。

iv

以下に「パーソナル音響キャプションデコーダ」を示す。本デコーダは開発時点で写真にみえる SonyVGN‑UX90S(165mm × 95mm, 600g, 重さは補助バッテリー含む。)とマイクロホ
ン ECM‑DS30P を用いて実装されている。システムの詳細は後述する。

(1) 報告書名称：「共同研究：電子透かし技術を応用した障害児者のための情報補償システムの開発−音響の情報バリアフリー化に向けて−（本報告書）, 平成 19 年 3 月 .

(2) エコーに基づく音電子透かしの空気伝搬耐性に関する検討（東北大学卒業論文：半田浩規）, 平成 19 年 3 月 .

(3) LDPC 符号による音電子透かしの耐性強化に関する研究（東北大学審査修士学位論文：カクトウ）, 平成 18 年 2 月 .
(4) 音響電子透かしの空気伝搬耐性に関する検討（平成 17 年東北地区若手研究者研究発表会：
カクトウ，西村竜一，鈴木陽一）, 平成 17 年 3 月 1 日 .

なお、「パーソナル音響キャプションデコーダ」 については今後、学会等で発表し、アン
ケート調査結果等を含めて、研修等において活用する予定。

音響を活用した障害者支援バリアフリー技術に関して以下の関連する論文発表等を行った。
(1) 大内誠・岩谷幸雄・鈴木陽一・棟方哲弥：汎用聴覚ディスプレイ用ソフトウェアの開発と音
空間知覚訓練システムの応用 , 日本音響学会誌 62 巻 3 号 , 224-232 , H18.

(2) M.Ohuchi, Y.Iwaya, Y.Suzuki, T.Munekata：Training Effecton Ability of Sound
Localization Using Virtual Auditory Game for Visually Impaired
Proceedings of
ICAD 05-Eleventh Meetong of the International Conference on Auditory Display, Limerick,Ireland, 6-9, H17.7.
(3) 大内誠・岩谷幸雄・鈴木陽一・棟方哲弥：視覚障害者の認知地図形成訓練を目指した３次

元音響ゲーム様コンテンツ開発 視覚障害 , 第 6 回日本ロービジョン学会学術総会・第 14 回視覚障害リハビリテーション研究発表大大会 ,97, H17.

(4) Training Effect of a Virtual Auditory Game on Sound Localization Ability of the Visually
Impaired（◯大内 誠，岩谷幸雄，鈴木陽一 ( 東北大 )，棟方哲弥 ( 独立行政法人国立特殊教
育総合研究所 )）「音空間・HRTF ワークショップ」（主催：文部科学省知的クラスター創成事

業 サイバーフォレスト計画、共催：東北大学電気通信研究所音響工学研究会・東北大学情報科学研究科）, H16.7.

(5) Makoto Ohuchi, Yukio Iwaya & Yôiti Suzuki (Tohoku University); Tetsuya Munekata(National Institute of Special Education): Cognitive-map forming of the blind in virtual
sound environment, ICAD: International Conference on Auditory Display, Queen Mary,
University of London, Mile End Road, LONDON, 2006.
(6) Makoto Ohuchi, Yukio Iwaya, Yoiti Suzuki, Tetsuya Munekata, A comparative study onsound localization acuities of congenital blind persons and sighted subjects, Acoust. Sci. &Tech, 2006., Vol. 27, No.5, pp.290-241, 2006.

vi

−1−

本研究では，障害者基本法における情報機器のバリアフリーと参議院の付帯決議などを受けた課題設定の 1 つとして，音響のバリアフリーに焦点をあて，公共の場などにおける音声アナ
ウンスをリアルタイムに文字情報に変換する機能を有する携帯可能なシステムの開発を目指している。
共用品推進機構（2003）は，聴覚障害者のニーズを 11 種類にグルーピングしている。これに基づくと本研究は「施設内外の放送・案内・呼び出しを理解，対応したい（グルーピング項
目の 5）」「（家庭や職場，学校の）機器の報知音，通知音を知る（同 6‑1）」，「事故災害時の情報がいつでもどこでも欲しい（同 7）」，「ラジオの音声を理解する（同 8‑2）」，「わかりやすさ，
見やすい表示を充実させてほしい（同 9）」に対応する重要な課題と考えられる。
例えば，学校においては，校内放送がこの１例であり，前田（2005）は，筑波大学附属聾学校と東京都立葛飾ろう * 学校が，既に，文字表示システムを用いて校内文字放送を開始したことを紹介している。国立特殊教育総合研究所（2006）が行った特別支援教育に必要な教育設備整備の在り方に関する調査研究では「フラッシュライト付き電光掲示板」を聾学校の 15.2% が保有し，83.3% が必要な設備に上げていた。さらに，今後必要な設備として「校内放送文字表
示システム」を回答した学校のあることが示されていることなどから，さらに普及が求められる分野であり，先の 2 校の実践が先駆的であることが伺われる。
火災発生など，緊急時の警報を第一の目的として整備されたシステムを一般の校内放送の利用へと発展させた事例（横山，武林 , 2005），一般的な内容の情報提供の例として校内 LAN に
Web の掲示板を設置して情報を校内で共有する試み（加藤 , 2005）や，携帯電話で閲覧可能な
ホームページを利用する試み（同じく，加藤 , 2005）が始まっている。
研究協力校は 2 校ともに，校内 LAN に接続し，廊下や教室等，校内に配置された表示装置にメッセージが配信されるシステムを有している。東京都立葛飾ろう学校では，プラズマディス*

正式名称を使用−3−

プレイを用いた「見える校内放送」（例えば，伊藤 , 2006 など）であり，筑波大学附属聾学校
では，表示装置として LED や蛍光表示管（例えば，横山，武林 , 2005; 横山，武林 , ほか 2006）
を用いている。
筑波大学附属聾学校は 2004 年 4 月よりシステムを稼働させている。当該システムは固定式の文字表示装置が廊下と教室に設置されており，メッセージの内容によって，その配信場所と配信時間帯を事前に設定可能な機能を有している。また，継続して生徒へのアンケート調査が行われており ,3 年間にわたる配信メッセージの記録実績がある。
本研究が目指すものは，個人が携帯し，アナウンスなどの音声が健聴者にとって聞こえる範囲にいる場合に，健聴者と同等な情報が保障（補償）されることを目的としたシステムである。
このためには，固定式のシステムで実際に用いられた内容を分析することによって，そこに実装されるべき基本的な情報が得られるものと考えた。

本章では，以下の 2 つを目的とする。
第１に，廊下や教室の固定式の文字放送表示システムに対するアンケート調査から利用者の満足度や改善への期待を明らかにすることで開発に必要なニーズに関する資料を得ること（検討課題１）。第２に，聾学校における文字放送表示システムにおいて過去 3 年間に配信されたメッセージを分析することで，開発されるシステムが実装すべき実用的な配信メッセージの種
類や数について明らかにすること（検討課題 2）。

廊下や教室の固定式の文字放送表示システムに対するアンケート調査から利用者の満足度を明らかにする。具体的には，筑波大学附属聾学校における校内文字放送システムに対する生徒へのアンケート調査により固定式の文字放送表示器を用いたシステムの特徴を捉え，利用者の満足度や改善への期待を明らかにする。これにより，本研究が目指す「個人が携帯し，アナウ
ンスなどの音声が健聴者にとって聞こえる範囲にいる場合に，健聴者と同等な情報が補償される」ことを目的としたシステムへのニーズが同定される。

ここでは，筑波大学附属聾学校横山知弘教諭によって実施された「文字放送表示システム評−4−価アンケート調査」について，本システムの開発のために必要な観点に項目を絞り，新たに分析を行うものである。
今回のアンケートの対象である高等部と専攻科に関して，文字表示装置は，各階の廊下，高等部普通科教室に設置されており，専攻科の教室（ホームルーム）には設置されていない。
文字放送全体のシステムについては横山，武林（2005），横山，武林ら（2006）が詳しい。
ここでは文字表示装置について以下に述べる。
この分析では 2 種類の文字表示装置について検討する。1 つは，文字の大きさが 96mm 角× 12
文字表示の可能な LED(赤，緑，オレンジ)方式（以下，A タイプと呼ぶ。）と，もう 1 つは，文
字の高さが 35.7mm × 11 文字表示の可能な「青緑発光」の蛍光表示管（以下，B タイプと呼ぶ。）
方式である。それぞれが校内 LAN に接続されて，教員などが入力する配信内容，配信スケジュー
ルにより，指定された場所，時間帯に正確に配信・表示される。
なお，分析データの基になったアンケート調査の各項目の概要は表 1 の通りである。

−5−分析の目的は，文字放送表示装置を用いたシステムの特徴を捉え，利用者の満足度や改善への期待を明らかにすることであった。この目的のために，後述するように，利用者を二つの属性によって分類し，それぞれについて，各アンケート項目の回答とクロス集計を行った。まず，回答者の背景を理解するために単純集計の結果を示し，次いで，χ 2 検定の結果が有意なもの，あるいは有意傾向であった場合について記述し，考察を行う。

ここでの目的のため，利用者を以下の属性でタイプ分けすることとした。①教室（ホームルーム）に文字表示装置が設置されているか（実際には，高等部普通科と専攻科の分類と同じとなる。）。②文字表示装置（校内文字放送端末）への満足の有無（文字表示装置の文字の大きさやスクロールの速さ，文字数などの問いについて，アンケートに「適切」と回答しなかった
項目が 1 つ以上あったグループ）。なお，教室にはＢタイプ（Ａタイプに比べて文字が小さい
蛍光管仕様）が設置されていることから，①の属性では，普段から配信される文字を読み慣れている，自分たちの所有物として身近に感じている場合と，そうでないグループの回答の違いが明らかになると思われた。また，②の属性からは，文字表示装置が読みづらい，あるいは改善の余地があると感じている場合と，現状に満足している場合における回答の違いが明らかになると思われた。なお，B タイプが設置されている回答者は 78 名（表 3）であった。

回答者 112 名のうちわけは，表 2 の通りであった。

−6−

ここで，普通科と回答している生徒の教室には文字表示装置が設置されており，専攻科と回答している場合には，それがない場合である。なお，専攻科はさらに，造形学科とビジネス学
科の 2 つの学科から構成される。本来，問題とする属性以外は条件統制が必要であるが，ここでは , 回答者の聞こえの状態がグループ間でそれぞれ均等に分散すると仮定して，上記の②にある文字表示装置に読み取りにくさを感じているか否かについて分析を進めた。
なお，造形学科とビジネス学科とした回答数は，それぞれ 18 人，16 人であった。

結果は表 3 の通りであった。3.3.2 で述べたように，普通科と専攻科の割合と数字と同じ値である。教室への文字表示装置導入は 2004 年 12 月（横山ら , 2006）であり，この時点において，普通科 1 年生で 8ヶ月，同 2 年生と同 3 年生は，1 年 11ヶ月の期間において，このような環境にあったことになる。

文字表示装置の文字の大きさやスクロールの速さ，文字数などの問いに対する回答として「適切」以外と回答した項目を図 2 に示す。縦軸が，「適切」以外と回答のあった項目数であり，横軸は個々の回答者を示す番号で，項目数の少ないものから昇順にソートしたグラフである。

図 2 に示すように，文字表示装置の属性について全てに「適切」と回答している者は，32 名（28.5%）であった。そこで，回答者を，ほぼ満足している回答者群と，なんらかの改善を期待する回答者群に分けることにした。図 2 より，「適切」以外を選択した質問項目数が 3 項目を境として群を分けることで両方の群の数がほぼ同数になると思われた。図 2 の縦の棒線は，その位置を示している。

−7−

表 4 は，上記の群に分けた結果である。

以降にクロス集計の結果を述べる。

教室における文字表示装置設置の有無で，有意な差が得られた項目は以下の通りであった。
なお，複数回答項目は処理から外している。

観測度数が５を下回るため，直接確率計算を行った結果，人数の偏りは有意であった（両側
検定： p<.05）。表によれば，教室（ホームルーム）における文字表示装置設置の無い場合には，端末を増設する必要があると回答して，そうである場合には，十分に配置されていると回答する傾向があるといえる。

χ 2 検定の結果，人数の偏りは有意傾向であった（χ 2(1)=3.41, p<.10）。表 6 によれば，教室（ホームルーム）における文字表示装置設置の無い場合には，A タイプの端末に表示される−8−

文字数が適切でないと回答して，文字表示装置設置のある場合には，適切であると回答する傾向があるといえる。

χ 2 検定の結果，人数の偏りは有意傾向であった（χ 2(1)=3.64, p<.10）。表によれば，教室（ホームルーム）における文字表示装置設置の無い場合には，校内文字放送システムの文字
スクロールの方式に改善の余地があると回答し，文字表示装置設置のある場合は，適切であると回答する傾向があるといえる。
表 5 に示したことに関連して，アンケート調査では「校内文字放送端末を増設するとしたらどこが良いと思いますか」を聞いている。これに関して，回答は 53 件あった。そのうち教室に設置されていない群（専攻科）の 23 件中 18 件が「専攻科教室」と予想通りであった。他に「トイレ」7 件，「体育館」17 件，「グランド」や「プール」という記述があった。さらに，自由記述部分には「学校は広いので災害が起こった時に，人がトイレや実習室など，表示装置のない場所にいた場合に，耳が聞こえないので何があったかわからない」との記述が見られた。
音声による緊急放送が校庭を含めて，校舎の隅々まで伝搬する特質があることを考えると，文字表示器の視覚情報による警報の限界について検討する必要があることを示唆している。

校内文字端末の読みやすさに関する項目 10 と項目 11 は，この群の特徴の実体であるので，
表 8 に 1 例のみを示す。

−9−χ 2 検定の結果，人数の偏りは有意傾向であった（χ 2(1)=11.48, p<.10）。表によれば，表示方法に「ほぼ満足している」場合には，文字表示システム（B タイプ）の文字の大きさが適切であると回答し，そうでない場合には，改善の余地があると回答する傾向があるといえる。
なお，上記の他に， あなたの校内文字放送端末の見方は，（ｱ．全ての文を最後まで読む。ｲ．
自分には関係ないとわかった時点で読むのをやめる） において，改善を期待する群において，途中で読むことを止める傾向がやや（p=.177）みられた。
自分に関係のない情報を読まないということは，ある意味でリテラシーが育っているとの解釈が可能である一方で，校内放送は，自分のことばかりでなく，その放送を知った人が，対象となる人に伝えるべきものでもある。読み取ることが辛いために，読むことへの意欲が弱くなった可能性は否定できない。また，音声のアナウンスが， 自然に耳に入ることに比べて，

文字表示装置を見続ける必要があることから，不要と理解された時に，意識的に，早めに，読む作業を中断するという理由も考えられよう。
総合すると以下のようなことが示唆される。
まず，図 2 において明らかなように，文字表示方法について全てに満足していた者（「適切」と応えた回答）は全体の 1/3 以下であったこと，さらに，表示方法にほぼ満足していると思われた群における自由記述に「文字の色を変えて表現できるように」，「文字を大きくして欲しい」，「設置位置が高く，わかりづらい」などの改善案が記述されており，全員に 1 つの最適なサイズや表示方法を提供することの難しさから，個別化された情報提示方法の実現が重要であることが伺われた。なお，χ 2 検定の結果は，偶然に有意になる項目があることに留意しなけ
ればならないが，教室に端末が設置されている場合とそうでない場合に差異のあることが示唆された。

本研究の研究協力校である筑波大学附属聾学校の校内文字表示システムにおいて2004年4月から 2006 年 12 月までの間に実際に配信されたメッセージについて分析を行うことで，システムに実装すべきメッセージの内容と種類と数を把握する。

分析の対象は，目的に述べた配信内容のデータであり，800 件あった。校内文字放送システ
ムの配信データは，表計算ソフトであるエクセルをベースとして作られておりエクセルのデー−10−タとしてファイルに保存される。
この情報には，①配信データ番号，②配信表タイトル，③配信内容，④配信期間，⑤配信時
間帯，⑥配信場所，⑦フラッシュ（視覚的警告）が記録されている。

図4

筑波大学附属聾学校校内文字放送システム配信予定表入力フォーム(横山ら , 2006)

分析には，自由記述の分析機能を行うためにＦＡ分析機能のある統合型アンケート集計・分
析ソフトである SSRI 社の「秀吉」を用いた。その際に，配信場所データをアンケートソフト
ウェアの複数回答用のデータ形式に変換するなどの処理を行った。
なお，配信タイトルは配信内容を簡略化したものとなっているため，分析の対象としない。
また，非常警戒放送や緊急放送といった火災報知器と連動した放送や天気予報やニュースなどの配信内容を利用者が指定しない内容は入っていない。

配信の時間帯は，図 4 にあるように①始業前， ②１時間目休み時間，③２時間目休み時間，④３時間目休み時間，⑤昼休み，⑥５時間目休み時間，⑦清掃時間，⑧ 15:35‑17:45，⑨ 17:
45‑18:00，⑩ 18:00 以降となっている。ここでは，始業前のみ，午前中，昼休み，午後と放課
後，全時間帯を指定の 5 つの時間帯に分けて集計した。複数設定が可能なため，重複がある。

−11−

配信場所は，校内文字放送システムが固定された表示装置で構成されることから，場所は限定されており，①１階，②２階廊下，③３階廊下，④４階，⑤１年生教室，⑥２年生教室，⑦
３年生教室，⑧職員室，⑨事務カウンタ，⑩中学部玄関となっている。ここでは教室と教室以外に分類しなおして集計した。

これは同じ配信内容をどれだけの期間内において継続して配信するのを示すものであり，例
えば，下校を促す内容などであれば，年間を通して設定される。表 11 に示したデータは，図4 に示された配信終了日から配信開始日を減じて１を加えて算出したものである。したがって，
当日のみの配信の場合には計算上１となる。期間を 1 日間，2 日間，3 日間，4 日間，5 日間〜
1 週間，8 日間〜 1ヶ月，32 日間〜１年，1 年以上に分類したものである。

具体的な内容以下のとおりである。1 年程度以上の内容は， まもなく下校時間です。１８：００までには下校しましょう （1 年程度）と 昼休みの体育館利用は 13 時 15 分までです (536日間)であった。また， マラソン大会承諾書⇒早めに出してください【担任の先生まで】 (30日)， 英語検定申し込み手続きの締め切り日は５月９日（火）です。 (23 日間)などが見られる。一方，1 日のものは， 本日５日お昼休み体育館使用種目はバスケットボールです。 などの情報であった。

配信内容について分類を検討した。
内容を一読すると，まず「何時（いつ）」を表す

本日

今週

今月

〜日

〜曜日 ，

そして，
「場所（どこ）」を表す 体育館 など，「誰は」あるいは「誰に」では固有名詞があっ−12−た。さらに，メッセージの語尾に注目したところ①④

お願いします。 ⑤です。 ②します。 ③〜となります。 となっており，例外として⑥しましょう。

〜おめでとうございます。 となどがみられた。
これらを入江（2004）などによる発話に関する分類（発話内行為の分類）に対応させることができると考えた。すなわち，断定→②， 行為指示（懇願、依頼、命令、要求、勧誘、許可、助言、など）→③④あるいは②，行為拘束（話し手がある行為を約束するもの）→②，表出（お祝い、陳謝、お悔やみ、嘆き、歓迎、など）→⑥，宣言→②に分類される。 ここで②のすしまが複数の分類に当てはまるために，この扱いに注意が必要と思われたが，便宜的に，上記の語尾によって分析を行うこととした。
上記の「何時（いつ）」「場所（どこ）」「誰」に加えて，語尾に注目して FA 分析を行った。その一覧を表に示す。（* 割合の合計は，便宜的に単純な和として計算した。）

以上から以下のことがらが示唆される。

−13−

第一に，個別化された情報提示の必要性についてである。これは，3.3.2 から 3.3.4 までにおいて，文字表示方法について全てに満足していた者（「適切」と応えた回答）は全体の 1/3 以下であったこと，さらに，表示方法にほぼ満足していると思われた群における自由記述に「文字の色を変えて表現できるように」，「文字を大きくして欲しい」，「設置位置が高く，わかりづらい」などの改善案が記述されていることによる。
固定され ， 平均化された最適なサイズや表示方法が否定されているわけではない。その一方で，個別化された情報提示方法の実現が望まれていることが示唆される。
第二に，メッセージの数についてである。メッセージをそのまま利用する場合であれば，配信されたメッセージ数が 800 件であり，10bit のデータを正確に送ることができれば，最大で1024 種類のメッセージを選択することが可能となる。
第三に，メッセージの構成要素についてである。メッセージを要素から構成する場合には，発話に関する分類については 5 種類（3bit）で 98% 程度をカバー可能である。時間帯に関する分類であれば 6 種類(3bit)で，全体のカバーが可能となる。これに日数の 30 種類(5bit)，曜
日の 7 種類(3bit)，場所については 7 種類(3bit)で 8 割程度をカバーするとすれば，18bit が必要となる。さらに人の指名についての情報量が加わる。これについては，在籍生徒数を 256
名，8bit とすれば，合計で 26bit となる。
将来的には，Web 上にある，常に更新されるデータを読み込むようなシステムが考えられる。
この場合には，より少ない 12bit の情報があれば，特定の 16 種類の Web サイトのアドレスを記憶し，それぞれの URL 毎に 16 ページの中から，1 ページにある 16 項目のメッセージテーブ
ルの 1 つを利用するシステムが構築可能である。
これらについて，次の章で明らかになるが，現状では 4bps（1 秒間に 4bit）の情報を音に載せることが可能である。実際には，通信のエラー処理を含めて必要な bit 数は増加すると考えられるが，単純計算で，放送時間が 3 秒間あれば，上記の情報を送信することが可能となる。
3 秒のメッセージは音声で言えば，例えば「メッセージをお伝えします。」程度の長さの文章を話すことである。

−14−

−15−

障害者基本法では，情報機器等における障害者の利便の確保を国と地方自治体の責務としており，参議院内閣委員会の同法の付帯決議には，情報機器等のみならず，コンテンツや通信サービスについてのバリアフリー化の実現に向けて万全を期すことが明記された。
本研究が対象とする音響のバリアフリーの実現のためには，さまざまな情報補償の方法が考えられよう。例えば，電波を利用した聴覚障害者支援システムに関する調査研究部会（2006）
は，音声情報の代わりに，電波を使って，PDA に情報配信を行うシステムの

構想例

を述べ

ている。実現に至っていないシステムについて意見を述べることは控えるが，当該構想が音とは別の電波という媒体を用いること，基本的に，伝える相手が特定できると仮定しているとこ
ろは，本研究と本質的に異なると考えている。本研究の着眼点は，大変にユニークである。それは，音による情報伝達の特性，すなわち，音が聞こえる範囲にのみ伝わる特性に着目した点である。一般に，情報は，人を特定して伝達されるものであると考えられる。しかしながら，
これは，所在に関係なく常にその PDA を持つ者に何かを伝える，ということではない。
その一例として，ある浜辺の防災用スピーカから流れる津波注意報を考えると，この警報の伝えられるべき相手は，その時間帯に，その場所にいる不特定多数の人となる。音声の警報は，空間を広がることで，視覚情報とは異なり，特定の位置に常に注意を払っている必要なく，その音声の聞こえる範囲の人に向けて発せられる。
このことは警報に限らない。ある本を読んだことがある。そこには，聴覚障害の人が大人になって初めて気がついたことが書いてあったと記憶している。その人が子どもの頃，周りの健聴の子どもたちは，夕方の 5 時になると，誰に言われるわけでなく，家に帰って行くことが不思議で仕方がなかった。それが夕方のサイレンであり，あるいはサイレンの代わりの「七つの子」の曲であったことを，大人になって，はじめて知ったというものであった。
この音の情報伝達の媒体としての特性を，そのままに活かして，さらに聴覚障害のある場合などの情報補償を行うことが，本研究の主眼である。このための手法として構想したものが音の電子透かし技術である。しかしながら，研究の開始時点において，空気伝搬させた音の電子
透かしの解析は未知の領域であった。

−17−

研究の開始当時において，東北大学電気通信研究所（以下，通研）における電子透かしの解読のためのリアルタイム処理は，高性能の CPU（演算装置）を搭載したデスクトップコンピュー
タで実行されており，主には音楽 CD などの著作権データを扱う技術として研究されており，空気伝搬させた音の電子透かしは行われていなかった。
研究を開始した平成 16 年から平成 17 年度においては「LDPC 符号による音電子透かしの耐性強化に関する研究」として，当時修士課程に在籍していたカクトウ氏により，透かし情報の解読精度の向上方法が明らかにされた。この間，国立特殊教育総合研究所（以下，特殊研）では，実証機に搭載可能なプログラムの完成を待ちながら，通研とのデータ互換を行うためのシステ
ムの準備と合わせて，その応用方法について研究協力校である筑波大学附属聾学校と検討を進めた。第１章に述べた通り，同校が独自に運用を始めていた「校内文字情報表示端末システム」（廊下と教室に電光掲示板が固定設置されたタイプ）の利用状況等から，提示すべきメッセー
ジ等について検討を行ってきた。
このような状況の中，通研において，空気伝搬させた電子透かしデータのリアルタイムの解
読処理を行う研究室実演が公開されたのは平成 18 年 10 月であった。同研究所において，左右のスピーカから出力される別々の電子透かしデータを，一般的なノートパソコンによって解読することに成功した。そこでは多くの人が出入りする実用に近い状況で電子透かし情報の解読に成功した一方で，その段階で，常に動作が安定していたわけではなかった。このソースプロ
グラムと C ライブラリの提供を受け，特殊研において PDA への実装に取り組んだ。
次節では，プログラムが実装された「パーソナル音響キャプションデコーダ」の仕様，機能について述べ，認識率などの機能評価について報告する。

本共同研究の成果として開発された「パーソナル音響キャプションデコーダ」は PDA タイプの携帯コンピュータ(165mm × 95mm, 600g, 重さは補助バッテリー含む。)を本体として動作するもので，スピーカから発せられる音に埋め込まれた電子透かしを解読して，聾学校の校内文
字放送システムで用いられるメッセージを表示することが可能となっている。
図 3 と図 4 はシステ ムの外観を示す。

−18−

−19−

VGN‑UX90S は，ハードディスクドライブ等の可動部品を持たない PC である。よって，バッテリによる連続駆動時間が長く，衝撃に対しても比較的ロバストであるという特徴をもっている。
音電子透かし入りのアナウンスを効率よく得るため，PC 本体のマイク端子には小型マイク
ロフォンである ECM‑DS30P（SONY 製）が装備されている。これには，マイクロフォンとしてバッテリを必要とせずメンテナンス性に優れているという特徴がある。オペレーティングシステム
としては Linux を採用している。
本システムは，電子透かしの入った音声をデコードする部分と，デコード結果をメッセージとしてが面に表示する部分の 2 つからなる。
デコード部分，表示部分ともに C 言語で記述されている。これは，特に音声すかしのデコー
ドにおいて高速な演算性能が求められるためである。それに合わせ，表示部も C 言語で開発することとした。
これら，2 つの部分はそれぞれ独立したスレッドとして動作し，どのようなタイミングでアナウンスが流れてももれなく情報を取得できるように工夫されている。
それぞれ部分についての詳細は以降の節で述べる。

デコードスレッドは，入力された音声から電子透かしを抽出する機能を持っている。デコー
ドスレッドでは，エコー法のアルゴリズムに基づき電子透かし（8 ビット）を抽出する。今回
は 8 ビット中の 4 ビットを使ってメッセージを表現することとした。
残りの 4 ビットをメッセージコードとして表示スレッドに伝達する。ちなみに，この 4 ビッ
トは，将来の拡張用―メッセージ種類の追加，メッセージの優先度の表現，部分的な点滅や色の変更などの装飾―に使用することができると考えている。特殊研は通研よりソースコードの提供を受け，今回の成果物作成のため一部を改変して使用している。

デコードスレッドから送られた電子透かし情報は，一度キューに収められる。キューからデコードされた 4 ビットの電子すかしを順に取り出して，表示処理を行う。
この仕組みにより，一度に大量の情報が伝送されてきた場合でも，メッセージを確実に表示できるように工夫してある。4 ビットの電子透かしに対応するメッセージをデータファイルか−20−

ら探し出して画面に表示する。
画面表示は，大きく分けて 2 つの領域からなる。図 4 の画面で「受信中」と赤字で表示されている部分は，音電子透かしが付与されたアナウンスを，受信していることを利用者に知らせるためのインジケータである。
受信中は赤く表示され，非受信中は何も表示されない。もう一方の領域が，メッセージ表示部である。この部分に放送の内容が表示される。メッセージは，右から左に向かってスクロー
ルするようになっている。

−21−

前のページの図 5 と，図 6 は，本システムの動作を説明したものである。
スピーカから流れる「電子透かし」は，現在のところ，エコー法という方式を用いて音声信号に組み込んでいる。
図 5 のスレッドと書かれている部分は，デコード処理と表示処理を平行して（マルチスレッド）処理を行うことでビット認識のタイミングを逃さないように工夫した。デコードスレッドと書かれている部分のリアルタイム処理部分は東北大学大学院阿部俊一郎氏によるものであり，
表示スレッドのプログラムは国立特殊教育総合研究所の山口俊光によるものである。

現在は 4bps（1 秒間に 4 ビットの情報）で電子透かし情報が組み込まれており，本デコード
システムは，このデータを読み取って，対応するメッセージを画面上に表示する仕様になっている。
第 1 章で明らかなように，表示する文字の大きさや，色，表示する文字の個数など，それぞれの利用者に個別化して提供することが望まれる。本システムは，個人が利用する端末であり，それらの個別化が可能な構成となっている。

−22−

エコー利用型の電子透かしは， 人間が，直接音と反射音（エコー）の時間差が短い場合に，両方が融合して聞こえることを利用しており，図 7 に示すように，直接音と反射音の時間差を変えることで情報を埋め込む手法である。詳細は，第Ⅳ章に説明を行う。

（カクトウ氏の修士論文より引用）−23−

本システムが音電子透かしの受信ならびに埋め込まれたコードの実用に耐える解読機能を有することを，学校等の実際の建物や，グランドなどを想定した状況で行う評価実験により明らかにする。

エコー法にて電子透かしを埋め込んだホワイトノイズをデータとして使用した。サンプリン
グ周波数は 44.1kHz，ビットレートは 1,411kbps の wav 形式のファイルであり 30 秒間でファイ
ルサイズが 5.05MB である。これを繰り返しモードで再生して用いた。
データは，4bps でデータが埋め込まれており，8bit を 1 単位として読み込み，その中の 4bit
部分にあるデータが 8 回正しく認識できた場合を正しく認識したと判断した。

図 8 は音源である。実験における装置の可搬性を考慮してスピーカは単 3 電池 4 本で駆動する携帯可能な製品（Sony 製 SRS‑T77）とした。また，同様な意図により，ホワイトノイズの再
生は Sony Walkman NW‑E40S を用いた。
音圧レベルの測定は，図 9 にある小野測器製精密騒音計 LA‑500 を用いた。測定範囲は 27 〜
130dB であり，周波数範囲は 20 〜 12500Hz である。

−24−

国立特殊教育総合研究所の実験室と無響室においてシステムの動作を確認した後，屋内における評価実験の場所として，国立特殊教育総合研究所研究管理棟 1F を選定した。これは直線
距離で 70m を越える廊下があることに加えて，大きさの異なる大小の部屋があること，数カ所の曲がり角があるなど，実用化に向けて，様々な条件を確認することが出来ると判断したからである。平面図は，図 10 のとおりであった。

図 10 の左端に見える黒丸を音源の場所として，図に示した位置において，音圧と認識率を確認した。結果は，図 11 のとおりである。赤い楕円は，電子透かしを正しく認識した測定場所であり，数字は，そのときの音圧レベルであり，赤い×印の入った四角は認識不能領域である。なお，青色に塗ってある部屋はドアを閉めて壁と同様としたものである。

−25−

右端にある

46と書いてある場所は音源から 77m の距離が最大値であったが，実際には，物理的に，その先に進むことができない限界値であった。
結果から，40dB 程度までは電子透かしを正しく認識することが観測された。一方，図にあるように 60dB を越える音圧において，認識が行われない場所があった。その拡大図が図12である。図に書かれた 60 と 52 は，それぞれ音圧
であり 60dB と 52dB の音圧があったことを考えると十分に認識可能な音圧レベルを思われた。
エコー法は人工的に作成したエコーを透かしとして埋め込む手法であるため，実際の壁などにより生成される現実のエコーと干渉が起こっていると考えられた。
このことから，屋内において認識を行うためには，認識を行わせようとする部屋の大きさによる現実のエコーと，電子透かしとして人工的に付加するエコーの特徴に配慮する必要があると考えられた。

屋外での評価は研究所の南庭で行われた。図 13 は，南庭の様子である。南庭は草などが生え，また，煉瓦の歩道が作られていることなどから，ここでは，実地の様子を説明する目的で，
Google Earth による研究所の写真を利用した。
図13 に四角に囲った部分は 1辺が32m の部分である。音源が 90dB のときに，この領域は 40 〜 50dB 程度の音圧が届く範囲であった。その一方で， 音源を止めた際の音圧レベル
は，35 〜 60dB であり，実験者の耳にはホワイトノイズの存在が確認されていたが，音圧レベルからするとホワイトノイズのレベルと殆ど同程度の雑音があったことになる。

−26−

実験結果を，図 14 で説明する。電子透かしが正しく認識された部分は，図 14 に示した 50dB
以上のエリアにおいてであった。40 〜 50dB のエリアでは認識のエラーが生じた。また，図 14の緑色の部分は草地であり，すこし赤茶色に見える部分は煉瓦の床である。この煉瓦の部分では，40 〜 50dB のエリアにおいても，電子透かしが正しく認識された。

屋内の実験では最小で 40dB 程度という，図書館内の騒音レベルとされる程度の小さな音圧のデータから電子透かしを認識し，46dB の音圧では，音源からの距離が直線ではあったが 77mを記録し，廊下の長さの限界が無ければ，最小で 40dB の音圧で認識していることから，さらに大きな距離での認識が可能であったのではないかと考えられた。
その一方で，屋内での利用にあたっては，人工的に付加したエコーと部屋の大きさを考慮すべき事が明らかになった。
屋外では 50‑55dB，距離として音源から 32m の位置で認識が可能であった。このことは，学校であれば，グランドの屋外放送への適用や，サイレンなどの警報への適用の可能性を示した
結果と考えられる。
今回の実験では，音電子透かしの空気伝搬の耐性に関する当初の予想を大きく上回って，実用化に迫る成果を上げたものと考えている。

−27−

−29−

本研究は，障害者基本法に盛り込まれた情報の利用におけるバリアフリー化を目指す一環として聴覚障害者を主な対象とした情報補償システムの開発を目指したものであり，音の電子透かし技術に関する特許と研究実績のある東北大学電気通信研究所と国立特殊教育総合研究所の共同研究として行われたものである。
研究協力校である筑波大学附属聾学校における校内 LAN を活用した文字放送システムの運用において明らかになった知見を盛り込みながら，システムが実装すべきメッセージの内容と必要な情報量について検討した。
その結果，東北大学で開発された電子透かしの技術を実装することで，実用性の高いシステ
ムの試作に成功した。
本共同研究の成果として開発された「パーソナル音響キャプションデコーダ」はＰＤＡタイ
プの携帯コンピュータを本体として動作するもので，校内放送などのスピーカから発せられる音に埋め込まれた電子透かしを解読して，聾学校の校内文字放送システムで用いられるメッ
セージを表示することが可能となっている。
屋内では，最小 40dB 程度という，図書館内の騒音レベルとされる程度の小さな音圧のデー
タから電子透かしを認識しており，46dB の音圧において，音源からの直線距離では 77m を記録した。この実験では，実験した廊下の長さが足りないという物理的な限界による数値であり，
この実験では最小で 40dB の音圧において電子透かしを認識していることから，さらに大きな距離での認識が可能であったのではないかと考えられた。
屋外では 50‑55dB の音圧，距離として音源から 32m の位置で電子透かしを認識することが確認された。
音電子透かしの空気伝搬の耐性に関する当初の予想を大きく上回って，実用範囲となる成果を上げたものと考えている。
これらの成果を活用すると図 15 に示すような活用場面が現実味をもってくるように考えて
いる。

−31−

本研究では，音電子透かしのデコードに主眼をおいて研究を進めることで，「パーソナル音
響キャプションデコーダ」の開発に至った。現在用いているエコー法に代えて，より空気伝搬耐性の強いエコー拡散法の導入が 1 つの課題である。これに関して，東北大学での本年度後半の研究成果により，エコー法を発展させたエコー拡散法による電子透かしによって空気伝搬耐性が向上する（東北大学半田浩規氏による東北大学卒業論文）ことが示されており，今後，より一層の性能改善がはかれるものと期待している。
さらに，これを通常の携帯電話において実現させる JAVA アプリケーションが実現することで，本研究が望んできた音響のユニバーサルデザインに関する製品を世に送り出すことにつながると考えている。これについて，現在は PDA の CPU パワーの 10 〜 20% がデコード処理に当てられているようであるが，携帯電話の処理速度の向上への期待と，実際に，どこまで効率の良いプログラムが組めるのかが今後の重要な点となると思われる。
次いで，音電子透かしのエンコード過程の自動化とリアルタイム化を検討である。現在は，送信可能なデータ量に制限があり，登録した内容へのインデックスとして必要最小限のデータを生成して送信することを考えている段階であるが，さらに多くの情報を埋め込むことが可能−32−

になれば，リアルタイムの音声認識システムとの連携が視野に入ってくる。電波を利用した聴覚障害者支援システムに関する調査研究会（2006）が提案している電波を利用したシステムの構想においても，アナウンス側の音声認識の容易さを利用したシステムの構築が提案されている。全く同感である。
図 16 は，本研究における音響のバリアフリー技術の概念図と音電子透かし技術の位置付けのイメージ図である。電波利用方式によれば，大量のデータを正確に伝達することが可能である反面，「音」を媒体にするというメディアの同一性は，完全に損なわれる。一方，公共放送などをリアルタイムで音声認識することは，実用に耐えるデータの正確性を確保することが難しい。このように，現状においてさまざまな技術のある中で，健聴者の聞く音と同じメディアを使うこと，すなわち，音のユニバーサルデザインを目指す意味で，メディアの同一性は我々にとって重要な目標であった。今後，さらに音質を落とさずに，搬送可能なデータ量や正確さを増すことにより，現状のメディアの同一性とデータの正確性のギャップを埋める手法になると考えられる。

今後は，当然のことながら，実際に校内文字放送システムとの長期的な使用を経た比較実験を行うことは重要である。新技術は，生態学的な妥当性を探ることが大切であり，普段の活用を継続してモニターすることで，次に必要な目標が見出させるものと考えられる。実際に聾学校などにおいて活用が始まれば，メッセージデータを Web 上に配置することで常に新しい情報を参照可能にすること，現在 P D A 上で動作するシステムを普及型の携帯電話上のアプリケー
ションとして利用することなど，本システムの完全実用化への取り組みに合わせ，一般ユーザも便利に利用可能であることを踏まえて，学校内での利用を越え，緊急公共放送や駅の構内などにおける音声データへの電子透かしの応用など視野に入れた音響のバリフリーの規格化など，新たな課題が見出されるものと期待している。

−33−

−34−

本論文は，カクトウ氏の修士論文「LDPC 符号による音電子透かしの耐性強化に関する研究」に続いて東北大学において取り組まれた研究の 1 つであり，空気伝搬を目的とした音電子透かしの組み込み方式としてエコー法よりも，エコー拡散法（PN 系列が 25）が優れていることを実験的に明らかにするなど，今後の音響のバリアフリー技術開発に重要な貢献が期待されるため研究資料として掲載する。

−35−

東北大学卒業論文

エコーに基づく音電子透かしの空気伝搬耐性に関する検討2007 年 3 月 27 日
東北大学工学部
情報工学科
半田

−37−

浩規

目次
第  章 序論



41

研究背景                                    

41



はじめに                                

41



ユニバーサルデザイン                        

41



聴覚障害者補助システム                       

42



電子透かし

                                 

43



本研究の目的                                 

43

第  章 エコーに基づく音電子透かし

45



はじめに                                    

45



埋め込み手法                                 

45



エコー法                                

45



エコー拡散法                             

46

空気伝搬実験                                 

49



実験方法                                

49



提示音圧レベル                            

49



エコー法                                

52



エコー拡散法                             54

雑音耐性実験                                 

55



はじめに                                

55



エコー法                                

55



エコー拡散法                             

57

拡散長の変化による検出性能の優劣に関する検討             

58



はじめに                                

58



評価指標                              

58



実験方法                                

59



空気伝搬                                

60







−39−

雑音耐性                                

61

まとめ                                     

63




第  章 エコーに基づく音電子透かしの空気伝搬による性能劣化に関する検討

65



はじめに                                    

65



劣化要因                                    

65



劣化量に関する検討                            

67



ディジタル・アナログ変換                      

67



妨害音                                 

68

チップレートに関する耐性強化                       

69



はじめに                                

69



実験方法                                

69



検出性能評価実験                           

70



雑音耐性に関する検討                            

70



まとめ                                     

72



第  章 結論

73

謝辞

75

参考文献

77

−40−

第 1 章 序論

1.1

研究背景

1.1.1

はじめに

視覚障害者のための点字ブロックや，車椅子生活者のためのスロープ等，我々は日常生活の中でいたるところで，日常生活に何らかの障害をもった人のための設備というものを目にする．このような「障害者に対してより快適な生活を提供する」，「障害者に対するバリアを減らす」ことを目的とした運動のことをバリアフリーデザイン，または単に
バリアフリーと呼ばれる．しかし，近年の米国においては「バリアフリー」という言葉は，障害者のみが使う仕様を意味するものとして否定的に捉えられており，肯定的な用語として「ユニバーサルデザイン」が用いられている．これは，機会均等の議論における「分離されていては平等ではない」という概念に起因する．欧州および日本では，バリアフリーは肯定的で幅広い表現であるユニバーサルデザインを意味する用語として用いられていたものの，欧州では 1967 年以降，
「デザインフォーオール (design for all：すべての人のためのデザイン)」のほうが一般的となっており，日本でも，「ユニバーサルデザイン」が広く使われている．

1.1.2

ユニバーサルデザイン

ユニバーサルデザインという言葉は，米国で RonMace(1985) によって初めて使われた．意味は，デザインにおける機会平等と社会公正を示すというものである．つまり，製品，建築物，環境を，障害，年齢，性別等，人が持つそれぞれの個人の特性というものを超えて，できるだけすべての人があらかじめ使えるようにデザインしようとする概念である [1] ．この用語は障害者に限定しているという差別的でなく，幅広い用語として用いることができる．
文字が大きく書かれた道路標識はこの一例で，視力が低下した人に対してという側面はあるが，誰もが分かりやすく，認識しやすいという理由から，文字の大きい道路標識−41−が設置されている．他にも，車椅子利用者だけでなく妊婦やお年寄りなど誰でも安心して使える多目的トイレなどが例として挙げられる．つまりユニバーサルデザインという考え方を適用すると，はじめから様々な個人の特性を考慮してデザインすることによって，あらゆる人が快適に暮らせるようになるだけでなく，個々の特性に応じたモノを新たに作る必要がなくなる．

1.1.3

聴覚障害者補助システム

聴覚障害者にとって，公共の場にて流れる公共放送 (アナウンス音) は聞き取りにくい，あるいは聞き取ることができないものである．すなわち聴覚障害者は，音声など日常に存在する音による情報を得ることができないということができる．例としては，駅のホー
ムにおける電車の到着を知らせるアナウンス音が挙げられる．ユニバーサルデザインの考え方に基づいて，聴覚障害者にも報知内容を届ける場合，次の 2 種類の方法が考えられる．方法のうち 1 つはアナウンスされる情報を電子メールのような形で無線にて知らせるという方法である．しかし，これでは，アンテナの設置などの施設設備が必要である．また，聴覚障害者が聞くことができないアナウンス音が存在するのは駅のホームだ
けではなく，日常で数多く存在し，さまざま場所で，このシステムを適用させるとなるとコスト面の負担はなおのことである．つまり，技術的には正確に伝達することができるかもしれないが，コストの面で現実的ではない．
もう１つの方法は，公共放送の音信号自体に，情報を付加し，聴覚障害者の持つ携帯端末などで情報を抽出することで，音声による情報をディスプレイ上に視覚的に提示する方法である．この場合，アンテナ等の新しい通信機器が必要とならないのに加えて，情報の伝達手段として音を用いていることで，よりユニバーサルデザイン環境が実現可能である．また，この方法を用いると，聴覚障害者のためだけでなく，例えば外国において，外国語のアナウンス音の意味が分からない場合，付加情報により母国語に翻訳されて画面に表示されるといったことにも応用可能である．さらに，この方法が発展した場
合，日常に存在するありとあらゆる音を携帯電話等の端末に取り込むだけで，音声で伝達されている情報と同一の情報を得ることができるというユビキタスな環境を実現できる可能性もある．
情報を付加する方法として，人間には聴くことのできない高周波数帯域を用いて情報の伝達をすればよいということも考えられるが，駅のプラットホーム等公共施設に設置されている市販のオーディオ機器では超音波を再生録音できるものは少なく，結局新し−42−

い通信デバイスを設置する必要が出てくる．つまり，一般のスピーカ・マイクでも扱うことができる可聴域に，情報を付加しなくてはならない．この条件を満たす技術として
音電子透かしがあり，本論文では，ユニバーサルデザインに向けた聴覚障害者補助シス
テムを起因とした，よりユビキタスな環境の実現のための音電子透かしの検討を行う．

1.2

電子透かし

紙幣の本物か偽物かを見分けるのに，色合いやインク，紙質などの印刷条件と紙幣番
号，透かしなどの付加条件がある．特に自動販売機などにおいて本物か偽者かを機械的に判定するうえで，この透かし模様は必要不可欠な情報となっている．この概念をマル
チメディアに応用したものが電子透かし (digital watermark) である [2] ．
つまり電子透かしとは，画像や動画，音声などのマルチメディアデータに，画質や音
質にほとんど影響を与えずに透かしとして付加情報を埋め込む技術である．現在用いられている主な電子透かしの利用目的は，著作権保護であり，埋め込む情報として，コンテンツの著作権を所有しているということを記録する著作権情報や，コンテンツの所有者が不正コピーを行った場合のそのコピーをした人を特定するために利用される購入者
情報，コンテンツを人から人，コンピュータからコンピュータに受け渡されるたびに，そのユーザの識別符号を記録し，不正コピーされたコンテンツの流通経路を調査するために利用される利用者情報などがある．
このような利用法において，音電子透かしに求められることは，著作権情報などの埋め込まれた透かし情報が欠落しないまま永久に保存されることである．そのためには，コンテンツの編集，圧縮，切り出し等ディジタルデータを扱う上で行う操作に対して情報が失われないこと，改ざん，消去などの悪意ある攻撃に対しても情報が失われないことが必要となる．

1.3

本研究の目的

音電子透かしの聴覚障害者補助利用を考えたとき，音電子透かしの特性として，以下のことが重要となる．

1. 空気中を伝搬しても，透かし情報が正しく検出されること．
2. 埋め込み前の原信号を必要としない検出ができるブラインド，セミブラインドな音電子透かしである．

−43−

3. 情報を提示するのに十分なビットレートで伝送できること．
ここで，ブラインドな音電子透かしとは，透かしを検出する際に原信号や鍵を必要としない音電子透かしであり，セミブラインドな音電子透かしとは，原信号は必要としないが，秘密鍵を必要とする音電子透かしのことをいう．
つまり，著作権保護技術のための電子透かしの場合とは異なり，以上の 3 つに適した
音電子透かしが必要となる．もちろん電子透かしを埋め込んでも知覚されないようであればよりよい埋め込み手法ということができる．本研究の目的は，提案されている音電
子透かしの中で，上記の条件を考慮した上で適していると考えられるエコーに基づく音
電子透かしを用いて，どの程度の検出性能を有しているのかの検討を行うことと，その空気伝搬過程における検出性能の劣化要因を探り，その改善策の検討を行うことである．
本論文の構成は以下のようである．
第 1 章は序論である．ここでは，本研究の背景および電子透かしについて述べる．第2 章では，エコーに基づく音電子透かしの埋め込み手法について述べ，どの程度空気伝搬に対する耐性の検討を行う．第 3 章では，空気伝搬時における具体的な劣化要因を挙げ，どの程度影響するのかという検討を行い，その改善策について検討を行う．第 4 章は結論である．

−44−

第 2 章 エコーに基づく音電子透かし

2.1

はじめに

エコーに基づく音電子透かしとは，時間軸方向へのマスキング効果 (temporal masking)を利用した電子透かし埋め込み手法である．人間は，強い音の前後に存在する微弱な音を人間は知覚できない．この効果を継時マスキングという．また，強い音の直前におけるマスキングのことを逆向性マスキング (backward masking)，強い音の直後におけるマ
スキングのことを順向性マスキング (forward masking) といい，逆向性マスキングは 5〜

20 ms 以内で発生し，順向性マスキングは直後の 50〜200 ms 程度において発生する [2]．エコーに基づく音電子透かし埋め込み手法とは，この知覚されない時間帯に人工的にエコーを付加し，情報を埋め込む手法のことを指す．本章では，エコーに基づく音電子
透かしの基本的な埋め込み手法であるエコー法と，エコー法を発展させた埋め込み手法
として，エコー拡散法について説明するとともに，これらの埋め込み手法に関して実際に空気伝搬を行った場合，どのような特性を示すのかついて検討した．

2.2

埋め込み手法

2.2.1

エコー法

Bender らは，順向性マスキングを利用してエコーを埋め込む電子透かし埋め込み手法を提案した [3] ．原音の微小時間後にエコー信号を挿入したとき，その原音信号とエコー
信号の間隔が減少するに従って人間の耳にはそれが同一のものとして感じられ，その区別ができなくなる．
このエコー法を用いて情報を埋め込む際に必要となるパラメータは，図 2.1 のように
エコー信号の初期振幅とオフセット時間である．初期振幅は”0”及び”1”を表すエコー信号の振幅，オフセット時間は原信号からエコー信号までの時間差である．ここで，”0”を−45−表すエコー信号と”1”を表すエコー信号の時間幅をΔとする．すなわち，オフセットで表
す時間間隔を透かし情報によって切り替えることにより，エコーによって透かし情報を埋め込むことが可能となるのである．また，図 2.1 のような原音とエコー信号でできる
エコーカーネルと，原音信号との畳み込み処理によって，透かしの入った音信号が作られる．
エコーを埋め込む際に，原信号をある小区間に分割し，それぞれの区間に”0”と”1”のどちらを埋め込むか決定する．その小区間の量が透かしの情報量となる．例えば， 1 秒間に小区間が 5 つであれば (0.2 秒の各小区間)，1 秒間で 5 ビットの情報を伝送することができる．

図 2.1: エコー法におけるエコーカーネル
また，埋め込まれている透かしを検出する方法としては，ケプストラム変換 (FFT →log → IFFT) を用いる．情報を埋め込んだ信号のケプストラムを求めると，ある時間間
隔でインパルスが立つ．その時間間隔によって”0”と”1”のどちらのエコー信号に対応する間隔なのかを判断し，埋め込んだ透かし情報を検出する．

2.2.2

エコー拡散法

エコー拡散法は，高らによって提案されたもので，前節で説明したエコー法による電子透かしを発展させ，耐攻撃性および秘密性を高めた手法である [4] ．エコー法の問題点
は，検出する性能を高く保つためにはエコー信号の振幅をある程度大きくしなければな
らず，聴感上の音色に影響を与えてしまう可能性があることや，ケプストラム変換を行うことで透かし情報を得ることができ，攻撃者にとって検出が容易であることが挙げられる．この欠点を改善するために，図 2.2 のように透かし情報である振幅αのエコー信−46−

号を PN 系列を用いて時間軸で拡散させることを考える．長さ L の PN 系列にて拡散された拡散エコー信号の振幅は，PN 系列と相互相関をとることによる逆拡散処理により，従来のエコー法におけるエコー信号と同じ振幅に復元されるため，単発エコーの振幅の

1/L の大きさで同等の検出性能を見込むことができる．つまり，エコーを埋め込む際の総エネルギー量は，埋め込み強度と拡散長で表すことができる．例として，エコー法において埋め込み強度：α，エコー拡散法において拡散長：L のときの埋め込み強度：β，とし，埋め込む総エネルギーが等しい場合，式 (2.1) のように表せ，埋め込み強度の 2 乗に拡散長 L をかけたものと等しくなり，同等の検出性能を見込んだ場合，全体的に埋め込む総エネルギー量を小さくすることができる．

α2 ≈ β 2・L(2.1)

このような埋め込み手法のことをエコー拡散法といい．従来のエコー法に比べ全体的に埋め込むエネルギーを小さくでき，聴感上の音色に対する影響を少なくすることができる．また，検出は，エコー法と同様に信号に対してケプストラム変換を行った後，埋め込みの際に拡散させた PN 系列と同じ PN 系列との相互相関をとることにより埋め込んだ透かし情報を得る．つまり，使用された PN 系列は，透かし情報を音信号から検出するための秘密鍵となっており，エコー法よりも耐攻撃性および秘密性を高めた手法であるといえる．

図 2.2: エコー法におけるエコーカーネルとエコー拡散法におけるエコーカーネル
以下では，エコー拡散法の埋め込み，および検出の原理を数式を用いて説明する．まず，エコーを生成するためのエコーカーネル k(n) は，PN 系列 p(n) ，拡散エコーの振幅β，拡散エコーの遅延量Δを用いて式 (2.2) のように表される．

−47−

k(n) = δ(n) + βp(n − Δ)

(2.2)

また，透かしの埋め込み処理は，このエコーカーネルと原信号との畳み込み処理によって行われるので，原信号を s(n) とすると，透かし入り信号 w(n) は式 (2.3) で表される．

w(n) = s(n) ∗ k(n)(2.3)

また，検出の際には，透かしの埋め込まれた信号に対しケプストラム変換を行う．フーリエ変換 F [·] ，および逆変換 F −1 [·] を用いて，式 (2.4) と書けるとする．

W (ω) = F [w(n)],S(ω) = F [s(n)],K(ω) = F [k(n)](2.4)

ω は角周波数である．まず，式 (2.3) をフーリエ変換すると，畳み込み演算が乗算演算となり，式 (2.4) を用いて式 (2.5) になる．

W (ω) = S(ω)K(ω)(2.5)

次に対数をとることにより，乗算演算がさらに加算演算となり，式 (2.6) になる．

log W (ω) = log (S(ω)K(ω)) = log S(ω) + log K(ω)(2.6)

最後に逆変換を行うことにより，式 (2.7) となる．

F −1 [log W (ω)] = F −1 [log S(ω)] + F −1 [log K(ω)](2.7)

このとき次元は，ケプストラム変換の前後で変化しないが，対数演算の非線形演算が行われているため，ケフレンシと呼ばれる軸になる．
ここで，K(ω) は，式 (2.2) のようなインパルス列のフーリエ変換であることから，式(2.8) となる．また，K(ω) の対数をとったものを Kl (ω) とすると式 (2.9) と表せる．
K(ω) = 1 + βe−jωΔ P (ω)(2.8)

Kl (ω) = log(K(ω)) = log(1 + βe−jωΔ P (ω))

(2.9)

−48−

P (ω) は，エコーカーネル中の PN 系列のフーリエ変換を表す．よって，K(ω) の対数をとると，P (ω) が 1 より十分小さいことから，|βe−jωΔ P (ω)| は 1 より十分小さくなる．
よって，Kl (ω) は Taylor 展開によって，式 (2.10) に近似展開できる．

Kl (ω) ∼

∞

i=0

(−1)i

(βe−jωΔ P (ω))i+1≈ βe−jωΔ P (ω)
i+1(2.10)

2 項目以上の高次項の寄与は小さいとみなすと，式 (2.10) のように 1 項目のみに近似される．つまり式 (2.7) は，透かし入り信号 w(n) のケプストラム ŵ(n)，原信号 s(n) のケプストラム ŝ(n) を用いて式 (2.11) のように近似することができる．

ŵ(n) = ŝ(n) + βp(n − Δ)

(2.11)

つまり，この信号 ŵ(n) と埋め込みに用いた PN 系列 p(n) との相互相関関数を計算することによって逆拡散され，埋め込んだエコーカーネルに対応する時間 τ = Δ に明らかなピークが立ち，どの時間差 Δ を用いた透かしなのかを検出することができる．以上がエコー拡散法の埋め込み，および検出手法の原理である．

2.3

空気伝搬実験

2.3.1

実験方法

2.2 節で，エコーに基づく音電子透かしの埋め込みおよび検出手法について述べた．これらの音電子透かしが，スピーカとマイクを用いて空気を伝搬したときに，どのような影響を受けるのかという検討を行うために実際に空気伝搬実験を行った．実験は無響室にて行った．音源は RWC 研究用音楽データベース [5] より選出したジャズ音楽 (RWC-

MDB-G-2001-M03-Tr.04，曲名：Azure) の開始時間より 30 s を用いた．埋め込むビットレートは 4 bps とし，オフセットの長さを 1 ms および 1.2 ms とした．スピーカはSRS-200(SONY)，マイクは精密騒音計 NL-32(Rion) を用い，スピーカとマイクとの距
離を 3 m とした．

2.3.2

提示音圧レベル

音圧レベルとは，計測可能な音の基本量であり，他の量も，音圧レベルの計測を基礎として求められているのが現状である [6] ．本検討では，暗騒音による雑音等，電子透かしを検出する要因が伝搬する信号に対してどのくらいの強さであるのかを知る必要が−49−

図 2.3: 実験環境ある．したがって，信号の音圧レベルおよび暗騒音等の雑音の音圧レベルは知っておか
なければならない．音圧レベル LA (A-weighted sound pressure level) は次式で定義される．


LA = 10 log10

p2A
p20



(2.12)

ここで，pA はＡ特性で重みづけられた音圧の実効値 (Ａ特性音圧)，p0 は基準音圧 (20μ Pa) である．人間の耳は全ての周波数に対して感度が一定ではないので，音圧レベル
は人間の感覚に合うように周波数毎に重みづけされることが多い．Ａ特性で重みづけを行うと，各周波数における雑音に対する感度が一致する．
また，音圧レベルが時間とともに変化する場合は，測定時間内でこれと等しい平均２乗音圧を与える連続定常音の騒音レベルで表す．これを等価騒音レベル LAeq (equivalentcontinuous A-weighted sound pressure level) といい，次式で定義される．
LAeq = 10 log101t2 − t 1

 t2
t1

p2A (t)dt
p20



(2.13)

本検討では，音圧レベルが時間とともに変化する音源を用いているので，音圧レベルの指標として等価騒音レベル LAeq を用いる．
なお音圧レベルの測定には，音圧レベル計 (騒音計) を用いる．本検討においては，精密騒音計 (Rion, NL-32) を用いた．
図 2.4 は無響室 (暗騒音：18 dB) における，マイクの位置の音圧レベルと，処理後のケプストラム波形の関係を表している．ソースとは，空気伝搬などの透かしが劣化する
処理を全く行わないときの結果である．また，図 2.4 の検出波形のピークの平均値を各

−50−

3

3
2
1
0
-1

2
1
0
0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

Amplitude

-1

3
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](a) ソース(b)60 dB
3
2
1
0
-1

0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

3
2
1
0
-1

Amplitude

0.5

3
2
1
0
-1

2

3
2
1
0
-1

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](c)55 dB(d)50 dB
3
2
1
0
-1

0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1

Amplitude

3
2
1
0
-1

Amplitude

0
3
2
1
0
-1

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](e)45 dB(f)40 dB

図 2.4: 音圧レベルによるケプストラム波形の変化 (無響室，暗騒音：18 dB)−51−

音圧レベルごとにプロットした図が，図 2.5 である．図 2.5 をみると，音圧レベルが強くなるに従い，SNR が高くなり，検出波形のピークが高くなっている．つまりこれは，各実験において，音圧レベルをそろえる必要があるということを意味している．よって本検討では，マイクの位置の音圧レベルを 55 dB に統制して空気伝搬実験を行う．

Average of d( ¢)

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0
35

40

45

50

55

60

65

Sound Pressure Level [dB]
図 2.5: 音圧レベルと検出波形のピーク値

2.3.3

エコー法

エコー法における空気伝搬前と，空気伝搬後のケプストラム波形の変化を表したグラフが図 2.6 である．ここで，ソースとは，空気伝搬などの透かしが劣化する処理を全く行わないときの結果である．図 2.6 をみると，空気伝搬後のケプストラム波形はあまり高くなっていない．つまり，このケプストラム波形におけるピークの高さが小さくなっていることが空気伝搬による影響であるといえる．また，埋め込み強度の違いを観察す
ると，埋め込み強度を強くすると，ケプストラム波形のピークの高さが増していること
が分かる．

−52−

1

1

0.5

0.5
0

0

0.5

1

1.5

2

1
0.5
0
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

Amplitude

0

0.5

1

1.5

2

0.5

1

1.5

2

0.5

1

1.5

2

1
0.5
0
0

1

1

0.5

0.5

0

0
0

0.5

1

1.5

2

0

Times [ms]Times [ms](a) ソース (強度α：0.48)(b)3 m 空気伝搬 (強度α：0.48)

1

1

0.5

0.5
0

0

0.5

1

1.5

2

1
0.5
0
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

0

Amplitude

0

0

1

1.5

2

0.5

1

1.5

2

1

1.5

2

0.5
0
0

1

1

0.5

0.5

0

0.5

1

0
0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

Times [ms]Times [ms](c) ソース (強度α：0.64)(d)3 m 空気伝搬 (強度α：0.64)

図 2.6: 空気伝搬におけるケプストラム波形の変化−53−

2.3.4

エコー拡散法

エコー拡散法における空気伝搬前と空気伝搬後のケプストラム波形の変化を表したグラフが，図 2.7 である．ソースとは，空気伝搬などの透かしが劣化する処理を全く行わないときの結果である．図 2.7 をみると，エコー法の場合と同様に，空気伝搬後のケプ
ストラム波形のピークの高さが小さくなっていること，および，埋め込み強度を強くす
ると，ピークの高さがより高くなっていることが分かる．
1

1

0

0
-1
0

0.5

1

1.5

2

1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

Amplitude

-1

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

1

0

0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](a) ソース (強度β：0.007)(b)3 m 空気伝搬 (強度β：0.007)

3

3

2

2

1

1

0

0
-1
0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude-1

Amplitude

0.5

-1

1

-1

0
1

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

2
1
0
-1

3

3

2

2

1

1

0

0
3

0

-1

-1
0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](c) ソース (強度β：0.03)(d)3 m 空気伝搬 (強度β：0.03)

図 2.7: 空気伝搬におけるケプストラム波形の変化 (拡散長 L ：255)
図 2.6 と図 2.7 を比べると，エコー法よりもエコー拡散法による埋め込み手法の方がケプストラム波形のピークの減り具合が小さい．また，式 (2.1) より，エコー法における埋め込み強度α：0.64 のときとエコー拡散法における拡散長 L ：255 における埋め込み
強度β：0.03 のときは原信号に埋め込む総エネルギーが同程度となる．しかし，そのときのケプストラム波形のピークの平均値を比べると，空気伝搬などの透かしが劣化する
処理を全く行わないときのソースの結果 (エコー法：1.055，エコー拡散法：2.831)，お−54−よび空気伝搬後の結果 (エコー法：0.355，エコー拡散法：1.788) ともに，エコー拡散法の方が明らかに高い．つまり埋め込む総エネルギーが音質の劣化具合を決めるとすると，音質の劣化具合で埋め込み強度を決定した場合，エコー拡散法は，エコー法よりもより空気伝搬耐性を有した埋め込み手法といえる．

2.4

雑音耐性実験

2.4.1

はじめに

音が空気を伝搬することを考えたとき，一番影響すると考えられるものが雑音である．
つまり電子透かしを空気伝搬させることを考える場合，雑音による影響は考えなければならない事項であり，本節では，どの程度雑音が透かし検出に影響を与えるのかの検討を行う．
実験条件は，2.3.1 項で述べた条件と同じとし，加える雑音は実環境に近いものとしてピンクノイズを用いた．また，ピンクノイズの音圧レベルは透かし入りの信号の音圧レ
ベル (LAeq ) との SNR が 20 dB，10 dB，5 dB となるように調節した．

図 2.8: 実験環境

2.4.2

エコー法

図 2.9 がエコー法を用いた場合のケプストラム波形である．図 2.9 をみると，雑音の存在していない状況下においてもケプストラムのピークが高くないこともあり，ピークの低下具合が顕著にみてとれる．

−55−

1

1

0.5

0.5
0

0

0.5

1

1.5

2

1
0.5
0
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

Amplitude

0

0.5

1

1.5

2

0.5

1

1.5

2

1

1.5

2

0.5
0
0

1

1

0.5

0.5

0

0
0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

Times [ms]Times [ms](a) 雑音付加なし(b) 雑音付加 (SNR 20 dB)

1

1

0.5

0.5
0

0

0.5

1

1.5

2

1
0.5
0
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

0

Amplitude

0
1

0

1

1.5

2

0.5

1

1.5

2

1

1.5

2

0.5
0
0

1

1

0.5

0.5

0

0.5

1

0
0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

Times [ms]Times [ms](c) 雑音付加 (SNR 10 dB)(d) 雑音付加 (SNR 5 dB)

図 2.9: 雑音下でのケプストラム波形の変化 (強度α：0.64)−56−

2.4.3

エコー拡散法図 2.10 がエコー拡散法を用いた場合のケプストラム波形である．図 2.10 をみると，エコー法の場合とは異なり，SNR が 10 dB の状況下でもケプストラム波形のピークをある程度観察できる．これは雑音のない状況における元々のピークの高さに起因している可能性もあるが，雑音の存在する状況下においてもエコー法よりもエコー拡散法の方がより高いピークを有しているといえる．この観点からも，エコー法よりもエコー拡散法の方がより雑音耐性のある埋め込み手法といえる．
3

3

2

2
1

0

0

-1

-1
0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude

Amplitude

1

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

2
1
0
-1

3

2

2
1

0

0

-1

-1
0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](a) 雑音付加なし(b) 雑音付加 (SNR 20 dB)

3

3

2

2

1

1

0

0
-1
0

0.5

1

1.5

2

3
2
1
0
-1
0

0.5

1

1.5

2

Amplitude-1

Amplitude

0.5

3

3
1

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

2
1
0
-1

3

3

2

2

1

1

0

0
3

0

-1

-1
0

0.5

1

1.5

2

Times [ms]Times [ms](c) 雑音付加 (SNR 10 dB)(d) 雑音付加 (SNR 5 dB)

図 2.10: 雑音下でのケプストラム波形の変化 (拡散長 L ：255，強度β：0.03，雑音：ピンクノイズ)−57−

2.5

拡散長の変化による検出性能の優劣に関する検討

2.5.1

はじめに

エコー拡散法の利点として，埋め込むエコーを時間軸で拡散させることにより全体的に埋め込むエネルギーを小さくすることができると述べた．それにより，聴感上の音色に対する影響を減らすことができるのであるが，逆を考えると，音質劣化に直接の関係があると思われる埋め込むエネルギーを一定にした場合，拡散長が長いほうが，電子透かしとして逆拡散後の検出波形のピークの高さがより大きくなることが見込める．図 2.2 を例とすると，エコー法における埋め込み強度を α ，エコー拡散法において拡散長が Ｌのときの埋め込み強度を β としたとき，これらのエネルギーが同一となるのは式 (2.1)のようなときである．
つまりエコー拡散法においては，各拡散長において，埋め込む総エネルギーを同一にするためには，埋め込み強度をこの式 (2.1) により決定すればよいことになる．本節では，埋め込む総エネルギーを同一としたときに，エコー法およびエコー拡散法における拡散長を変化させたときの空気伝搬後の検出性能の変化について評価指標 d を用いて検
討を行う．

2.5.2

評価指標 d

検出性能を評価する指標には，主に信号検出理論において用いられている d という指標がある [7] [8] [9] [10] ．d とは，“ 信号プラス雑音  と “ 雑音  との感覚的弁別力を表す指標 [11] であり，エコーに基づく音電子透かしにおいては，この d の値が大きくなる
程，よりケプストラム波形のピークを検出しやすくなるといえる．
まず，信号検出理論とは，ある期間に生起する事象について観測し，その期間に雑音だけしか存在しないか，あるいは雑音の他に信号が存在するのかの判断機構を，確率的モデルに従って説明するものである．この理論では，特定の観測を，感覚的連続体上での感覚の興奮の度合いを表す数値 x によって表す．また，観測期間中に信号と雑音とが含まれている確率，あるいは雑音だけしか含まれていない確率と，この観測値 x が結びついていると仮定する．“ 妨害雑音  の確率密度関数 fn (x) は正規分布すると考え，雑音に信号が付加された場合，図 2.11 に示すように “ 信号プラス雑音  の確率密度関数 fsn (x)は，付加された信号エネルギー分だけ，図 2.11 における左図から右図のように位置が上方にずれるとする．
観測者は感覚連続体上で，図 2.11 のようにある値に判定基準 C を設定する．信号ある
いは信号を含むらしい観測値がこの基準を超えると，「信号が観測期間中に存在する」と−58−

図 2.11: 検出信号の確率密度分布の判断が生じる．
この d を算出するためには，“ 信号プラス雑音  および，“ 雑音  のみの，確率密度関数が必要となる．しかし，これは，信号検出理論においてのことであり，電子透かしに当てはめて考えると，“ 信号プラス雑音  の場合は，透かし入りの検出信号 d(n) の確率密度関数 fsn (x)，“ 雑音  のみの場合は，透かしの入っていない原信号における検出信号 d(n) の確率密度関数 fn (x) が必要ということになる．また，図 2.11 において透かし入りの検出信号 d(n) の確率密度関数 fsn (x) において斜線で囲まれた部分，つまり「透かしの信号が観測期間中に存在する」判断がなされる基準 C に観測値が達しないとき，「透
かしの信号が検出できない」となる．d は式 (2.14) によって表される．d は式 (2.14) からもわかるように，“ 信号プラス雑音  と “ 雑音  との感覚的弁別力を表すが，これは判定基準 C とは独立に定められる．信号検出理論では，この判定基準 C と，これとは独立に定まる感覚的弁別力を表す d を分離した点に大きな特徴がある．

μs − μnd =  2
σs + σn2(2.14)

μs および μn はそれぞれ透かしの埋め込まれた信号と透かしの埋め込まれていない原
信号の透かしの埋め込んだ時間差 Δ における検出信号 (ケプストラム波形) の値 d(Δ) の平均値であり，σs および σn はそれぞれの埋め込んだ時間差 Δ における検出信号の値

d(Δ) の標準偏差である．

2.5.3

実験方法

実験環境に関しては，2.3.1 項で述べたものと同様に行った．ここで，音圧レベルを大きくすると，図 2.12 のように，d の数値も大きくなる．よって 2.3.1 項と同様に音圧レ
ベルを 55 dB に統制する．また，エコー法は，エコー拡散法において，拡散長 L：1 のも−59−

のとして扱った．また，各拡散長によって異なる PN 系列を用いることになるので，各拡散長ごとにそれぞれ 5 つの PN 系列を用いて，d の値の平均値を算出し，検出性能について比較を行った．

10

8

d′

6

4

2

0
35

40

45

50

55

60

65

Sound Pressure Level [dB]
図 2.12: 音圧レベルと d の値

2.5.4

空気伝搬

図 2.13 は埋め込むエネルギーをそれぞれエコー法における埋め込み強度α：0.112 お
よび 0.48 にそろえた場合の検出性能の推移である．結果は d の平均値で表し，誤差棒は標準偏差を表している．
図 2.13 をみると，それぞれ，拡散長 L：26 のときに検出性能がピークになっている．
また，エコー拡散法において L：23 よりも長い拡散長の場合，エコー法の検出性能よりもよい結果となった．これは，拡散長が短いエコー拡散法の場合，ケプストラム波形とPN 系列との相互相関を行う逆拡散過程において，拡散長が短いことにより，安定的にピークを高くすることができないことが考えられ，その結果，検出性能がよくないということが起こっていると考えられる．また，拡散長が長くなるにつれて，徐々に安定的にピークを高くすることができるようになり，検出性能が上がっているのではないかと考えられる．また，検出性能にピークが出る理由，つまり，拡散長を L：26 よりも長くす
ると検出性能が徐々に下がっていく原因としては，後で詳しく述べるが，空気伝搬時に，「計算機の中で表現可能な離散データとしての音楽 (Digital)」をスピーカにて再生するた

−60−

12

12
SourceAir-Propagation

8

8

d

d′

10

′

10

6

6

4

4

2

2
SourceAir-Propagation

0

0
0

2

4

6

PN Sequence [2

8

0

x

]

2

4

6

PN Sequence [2(a) 空気伝搬特性 (強度α：0.112)

8

x

]

(b) 空気伝搬特性 (強度α：0.48)

図 2.13: 空気伝搬における検出性能評価
めに「音圧の連続変化として物理的に実現された音楽 (Analogue)」に変換する (D/A 変換)・マイクで収音した「音圧の連続変化として物理的に実現された音楽 (Analogue)」を「計算機の中で表現可能な離散データとしての音楽 (Digital)」に変換する (A/D 変換) 必
要があるのだが，これらを異なる計算機で行うと，クロック周波数がずれることによってサンプリング周波数に定常的なずれが生じているためではないかと考えられる．

2.5.5

雑音耐性

妨害音には，2.4 節と同様に，実環境の雑音に近いものとして，ピンクノイズを用いた．
また，SNR がそれぞれ 20 dB，10 dB，5dB となるように音圧レベルを統制して妨害音とした．図 2.14 が，埋め込むエネルギーをそれぞれエコー法の埋め込み強度α：0.48 にそろえた場合における，各 SNR の妨害音が存在する条件での検出性能を表す d の平均値の推移である．また，誤差棒は標準偏差を表している．図 2.14 より，検出性能のピー
クが妨害音の音圧レベルの増加とともに，拡散長が短いほうに推移している．これは雑音のない空気伝搬実験の結果と合わせて考えると，検出性能はピークの高さのみに決定されているというわけではなく，妨害音の音圧レベルの増加にしたがって，埋め込み強度の大きさの重要度が増すのではないかと考えられる．したがって今後の展望としては，
埋め込み強度と音質の劣化とのトレードオフの中で，どの埋め込み強度が最適であるのかを選択するといったことが考えられる．

−61−

9

no noise
SNR 20 dB
SNR 10 dB
SNR 5 dB

8
7
6

d′

5
4
3
2
1
0
0

2

4

6

PN Sequence [2 x]
図 2.14: 雑音下における空気伝搬耐性 (強度α：0.48)

−62−

8

2.6

まとめ

この章では，エコーに基づく音電子透かしの埋め込み・検出手法について述べ，実際に空気伝搬させた場合，および雑音下において空気伝搬させた場合の変化について検討した．その結果，エコーに基づく音電子透かしは空気伝搬させると検出性能が劣化することが分かった．また，雑音下においては，雑音の音圧レベルが強くなる程，検出性能が劣化することが分かった．
また，エコー法とエコー拡散法を比べたとき，埋め込むエネルギーを同程度とした場
合，雑音のあるなしに関わらず，エコー拡散法の方がより高い検出性能を有していることが分かった．これは，エコー拡散法における逆拡散後の検出波形のピークの推定される値が，エコー法のピークの推定される値よりも高いということによると考えられる．
しかし，この章においては，雑音を考慮した上で空気伝搬を行っているだけで，検出性能が一体どのような理由で劣化しているのかが検討されていない．そこで，次章では，具体的な検出性能の劣化要因を挙げ，どのくらい劣化するのかの検討を行うとともに，その劣化要因に対する耐性強化について検討を行う．

−63−

第 3 章 エコーに基づく音電子透かしの空気伝搬による性能劣化に関する検討

3.1

はじめに

空気伝搬耐性のある音電子透かしを考案する場合，空気伝搬過程において何が劣化の要因であるかを把握しておく必要がある．なぜならば，空気伝搬過程における劣化要因を解明したうえで，その要因に対して対策をとることにより空気伝搬耐性のある音電子
透かしの考案，もしくは耐性強化ができるからである．

3.2

劣化要因

エコーに基づく音電子透かしの劣化要因として考えられるものを以下にて示す．

• 同期
本検討では，エコーに基づく音電子透かしを情報伝達手段として考え，原音信号とエコー信号の時間間隔を変化させることによって異なるエコーカーネルを作成
し，ある一定の時間幅 (4 bps ならば 0.25 s) ごとに畳み込むエコーカーネルを変化させることで埋め込む情報を変化させる．つまり検出の際には，畳み込まれるエ
コーカーネルが変化する時刻を見つけなければならない．この畳み込まれるエコー
カーネルが変化する時刻を見つけ，一定の時間幅において，埋め込んだ区間と検出する区間を同じにすることをフレーム同期と呼ぶ．このフレーム同期がずれると検出性能は劣化する．
本検討では，畳み込むエコーカーネルを終始変えないことで，このフレーム同期問題を解消しているが，実装を考える場合，このフレーム同期は正しく行われなけ
ればならない．

• 残響
エコーに基づく音電子透かしとは，簡略化すると，残響 (エコー) を人工的に原−65−

信号に付加し，その残響を検知することによって情報を得るというものであるが，そもそも残響とは，直接音に対する，物体に反射した反射音であるので，無響室など特殊な環境でない限りは存在する．つまりこの日常に存在する残響がエコーに基づく音電子透かしの検出性能に影響を及ぼすことは十分に考えられる．また，残響はエコーに基づく音電子透かし以外の埋め込み手法での空気伝搬にも妨害音 (雑音) として影響を及ぼす．しかし，本検討では扱わないことにする．

• ディジタル・アナログ変換
2.5.4 項で述べたように，空気伝搬を行うためには，「計算機の中で表現可能な離散データとしての音楽 (Digital)」をスピーカにて再生するために「音圧の連続変化として物理的に実現された音楽 (Analogue)」に変換する D/A 変換及び，マイクで収音した「音圧の連続変化として物理的に実現された音楽 (Analogue)」を「計算機の中で表現可能な離散データとしての音楽 (Digital)」に変換する A/D 変換が必要になる．この D/A 変換器，A/D 変換器それぞれの機器の内部クロックを同期させずに用いた場合，サンプリング周波数の定常的なずれが生じることも報告されている [12]．つまり本検討の実験系のように，この D/A 変換，A/D 変換を異なる計算機で行ってしまうと，各計算機でのクロック周波数が異なるため，内部クロックの同期が取れなくなり，検出性能が劣化してしまう可能性がある．しかし，本論
文にて考えている聴覚障害者のためのシステムを考える場合，現状の設備を変えな
い限り，内部クロックの同期を取ることは困難であり，クロック周波数のズレが起じることは避けられない．よって，次節にて，その劣化具合に関して検討を行う．

• ゆらぎ
音とは，媒質の圧力が平均圧力の上下に振動的に変動する現象であり，その変化分を音圧という．音圧は音波として周囲に伝搬し，時間と空間座標の関数となる．
音波が伝搬するときには，空間的な圧力の差によって，媒質を構成する粒子に密な部分と疎な部分とができる．すなわち，音波は疎密波である．つまり，音が空気中を伝搬する際，音は振幅や周波数に変調が生じている・ゆらぎが生じているといえる．このゆらぎが検出信号に影響を与え，検出性能が劣化する．

• 妨害音
2.5.5 節で述べたように，妨害音が存在する状況下において，検出性能が劣化する．
以上の項目以外にもスピーカの特性，マイクの特性等で検出性能が劣化する可能性が
ある．

−66−

3.3

劣化量に関する検討

3.3.1

ディジタル・アナログ変換

2.3.1 項や 2.5.3 項で説明した，本検討で用いた実験系において，図 3.1 で表されるように，空気を伝搬させずにクロック周波数のずれが存在する計算機上で D/A 変換，A/D 変換を行った場合の検出性能の劣化について検討を行った．また，拡散長による変化も見る
ために拡散長は L：26 , 27 , 28 を用い，埋め込む総エネルギーが揃うように埋め込み強度√を決定した．すなわち，拡散長 L：26 , 27 , 28 のときの埋め込み強度は β：0.06，0.03 · 2，

0.03 となる．また，各拡散長によって異なる PN 系列を用いることになるので，各拡散長ごとにそれぞれ 5 つの PN 系列を用いて，d の平均値，標準偏差を算出し，検出性能について比較を行った．

図 3.1: 実験環境
図 3.2 は，原信号を白色雑音とした場合における，空気伝搬も，D/A，A/D 変換も行
わないソース信号，本検討における実験系にて用いた計算機で，D/A，A/D 変換のみを行った信号，および空気伝搬を行った信号それぞれの，検出信号のピーク値および d である．誤差棒は d の標準偏差である．
30
Source
D/A, A/D
Air-Propagation3

Source
D/A, A/D
Air-Propagation

28

2.5

26

d′

Average of d(Δ)

3.5

2

24

1.5

22

1

20
5

6

7

8

9

5

6

7

8

PN Sequence [2 x]

PN Sequence [2 x](a) 検出波形 d(Δ) のピークの平均値(b) 検出性能 d

図 3.2: D/A, A/D 変換の性能劣化 (原信号：白色雑音)

−67−

9

図 3.2 を見ると，拡散長が長くなるにつれて，検出波形のピークは徐々に高くなっていくのに対し，検出性能を表す d では，数値が減少している．それは，D/A，A/D 変換のみを行ったときにもいえ，ソース信号よりもその減少傾向は見てとれる．この減少は，クロック周波数の同期ずれがあるために，拡散長が長いほうがより長い時間幅を用いることから，より同期ずれの影響を受けやすくなるからだと考えられる．
また，図 3.3 は原信号をジャズ音楽とした場合における，空気伝搬も，D/A，A/D 変
換も行わないソース信号，本検討における実験系にて用いた計算機で，D/A，A/D 変換のみを行った信号，および空気伝搬を行った信号それぞれの，検出信号のピーク値および d である．誤差棒は d の標準偏差である．
図 3.3 を見ると原信号が白色雑音の場合とほとんど同様の変化がみられるが，ただ 1 点，検出性能を表す d において，D/A，A/D 変換を行うと d の数値が上昇している．この現象の物理的な説明はできないが，図 3.2 の原信号が白色雑音の場合と比較して，D/A，

A/D 変換した場合の内部クロックのずれの検出性能への影響は，高周波数領域のレベルが大きいとより大きな性能の劣化が生じるのではないかと考える．信号の振幅は高周波数成分に，より依存するので，音源の高周波数成分のレベルが大きい分だけ内部クロッ

3.5

13

3

12

Source
D/A,A/D
Air-Propagation

11

2.5

10
2

d’

Average of d(Δ)クのずれが生じたときに，より影響を与えてしまうと考える．

9

1.5
8
1

7
Source
D/A,A,D
Air-Propagation

0.5
0

6
5

5

6

7

PN Sequence [2

8

9

x

]

5

6

7

PN Sequence [2(a) 検出波形 d(Δ) のピークの平均値

8

9

x

]

(b) 検出性能 d

図 3.3: D/A, A/D 変換の性能劣化 (原信号：ジャズ音楽)

3.3.2

妨害音

2.4 節の実験系を用いたときの，検出性能の妨害音による影響を図 3.4 に示す．用いた
PN 系列の拡散長は L：26 であり，埋め込み強度は β ：0.06 とした．
図 3.4 より，明らかに雑音が検出性能に与える影響は極めて大きいといえる．

−68−

10

8

d′

6

4

2

0
0

10

20

30

40

SNR [dB]
図 3.4: 雑音下の検出性能の変化 (拡散長：26 ，β ：0.06)

3.4

チップレートに関する耐性強化

3.4.1

はじめに

チップレートとは，1 秒間あたりの PN 系列の個数であり，cps(chip per second) で表現される．単位は Hz である．PN 系列の 1 パルスあたりのポイント数は「サンプリング
レート/チップレート」で表現でき，1 パルスあたりのポイント数を増やすことで音が空気伝搬する際の空気のゆらぎに対処できる．チップレートを適用する際のデメリットは，

1 パルスあたりのポイント数を増やすことで，拡散長を増やすことになり，埋め込むエ
ネルギーが増すことである．また，検出時においては，逆拡散前に，パルス幅を増やした分だけ加算平均してパルス幅を元に戻す必要がある．つまり，この加算平均を行うことにより，雑音耐性も良くなるのではないかと考える．しかし，本検討では，雑音耐性について検討せず，雑音のない状況下で，パルス幅を増やしたときの検出性能の変化について評価し，チップレートを変更する有効性について検討する．

3.4.2

実験方法

実験環境は，2.3.1 項で述べたものと同様に行った．また，チップレートを考慮する場
合，単にチップレートを変更して拡散長を増すと，その分エネルギーも増すことになることから，埋め込むエネルギーを同一にするためには，埋め込み強度を統一し，1 パルス−69−

あたりのポイント数と PN 系列長を乗算したものを統制すればよいことになる．今回は，

1 パルスあたりのポイント数と PN 系列長の乗算が約 28 になるように統制を行った．つまり，1 パルスあたりのポイント数が 1，2，4 のとき，用いる PN 系列の長さは 26 ，25 ，

24 となる．すなわちチップレートに応じて異なる PN 系列が必要となり，各 PN 系列長に対してそれぞれ 5 種類の PN 系列を用いて d の平均値，標準偏差を算出した．

3.4.3

検出性能評価実験

チップレートを 44100 [Hz]，22050 [Hz]，11025 [Hz] としたとき，つまり 1 パルスあたりのポイント数を 1，2，4 としたときの変化をみる．d の推移を図 3.5 に示す．誤差
棒は標準偏差を表す．
図 3.5 より，1 パルスあたりのポイント数を増やすと，つまりチップレートを小さくす
ると，検出波形 d(Δ) のピークは小さくなっていくが，検出性能の観点では，パルス幅を 2 としたときに d の値が大きくなっており，検出性能が向上しているといえる．つまりチップレートを検討することは，空気伝搬耐性向上のために有効であると考えられる．
2

10
0.007
0.03
8

1.5

6

d′

Average of d( ¢)

0.007
0.03

1

4

0.5
2

0

0
0

1

2

3

4

Chip-Rate[Hz]

5
x 10

4

(a) 検出波形 d(Δ) のピークの平均値

0

1

2

3

Chip-Rate[Hz]

4

5
x 10

4

(b) 検出性能 d

図 3.5: チップレートを考慮した際の変化

3.5

雑音耐性に関する検討

雑音耐性について検討を行う場合，まず図 3.6 のように電子透かしを埋め込む前の原信号の違いにより検出性能に大きな変化があることに注意する必要がある．図 3.6 は原
信号が白色雑音とジャズ音楽，埋め込み手法が拡散長 L：26 のエコー拡散法 (埋め込み
強度 β：0.06)，妨害音はピンクノイズを用い，SNR が 20 dB，10 dB，5 dB となるよう−70−

に音圧レベルを調節した．誤差棒は，5 種類の PN 系列を用いたことによる標準偏差である．
図 3.6 をみると，原信号を白色雑音とすると原信号をジャズ音楽とした場合と比較して，強い雑音耐性を有している．この原因を考えると，白色雑音というものは，パワース
ペクトルが各周波数帯域で一定であるが，ジャズ音楽を含む一般的な音楽は高周波数になるにしたがってレベルが下がっていく．この下げ幅は，妨害音として用いたピンクノ
イズと比べても大きい．一方，信号の振幅は高周波数成分に，より依存するので，SNRが確保されていても，妨害音の高周波数成分のレベルが原信号の高周波数成分のレベルより大きい分だけ，より検出性能が劣化してしまうと考えられる．
つまり，妨害音の高周波数成分がより検出性能の劣化に影響するならば，高周波数成分をフィルタによって除去することで，検出性能が改善される可能性がある．すなわち，検出処理の前処理として，信号の高周波数成分を除去することで，性能が改善される可能性がある．また，信号の高周波数成分を除去することは，3.3.1 項における内部クロッ
クのずれによる検出性能への影響も改善される可能性がある．この件に関しては，まだ検討を行なっておらず，今後の課題であるが，検出性能に雑音の与える影響が極めて大きいことから，検討する重要性はかなり高いと考える．

jaz
whitenoise

25

d′

20

15

10

5

0
0

10

20

30

40

SNR [dB]
図 3.6: 音源が異なる場合の検出性能の変化 (拡散長 L：26 ，β ：0.06)

−71−

3.6

まとめ

本章では，電子透かしが空気を介して伝達されたときの劣化要因について述べ，その劣化に対する耐性の強化の検討を行った．検討の結果，空気のゆらぎに対してはピッチ
レートの考慮，および雑音耐性に対しては高周波数成分の除去の検討は行う価値が十分にあると考える．

−72−

第 4 章 結論

本検討では，聴覚者障害者補助システムのための音電子透かしの空気伝搬を起因としたエコーに基づく音電子透かしの空気伝搬耐性に関する検討を行った．

2 章では，エコーに基づく音電子透かしの埋め込み・検出手法について述べ，空気伝搬・雑音耐性に関する性能評価を行なった．その結果，エコー拡散法はエコー法より空気伝搬耐性のある埋め込み手法であり，またエコー拡散法において，エネルギーを統一した条件下で拡散長を変化させた場合，検出波形のピークの高さに関係なく，最適な拡散長が存在することがわかった．
また 3 章では空気伝搬にて生じる劣化要因について述べ，その劣化に対する耐性強化の検討を行った．その結果，ピッチレートの考慮，および高周波数成分の除去により，エコーに基づく音電子透かしの検出性能が改善される可能性があることを示した．
今後の検討課題としては，本検討では行なっていない，ビットレートによる性能評価が挙げられる．聴覚障害者補助システムやユビキタス社会へ向けた技術として実用化を考えた場合，ビットレートは重要なパラメータであるからである．

−73−

謝辞

本研究は，東北大学卒業論文として，以下にあげる方々のご指導，ご鞭撻，ご協力のもとに行われたものである．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所鈴木陽一教授には，研究の機会を賜り，また本研究を進めるにあたり終始一貫して有益なご指導と励ましをいただき，ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所西村竜一助教授には，本研究を進めるにあたって直接のご指導と多くのご助言を頂き，またそのために多大な時間を割いて頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所助手坂本修一博士には，ゼミ等の場にて有益なご助言を頂くとともに，研究室での生活においても様々なご助言を頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所技術職員齋藤文孝氏には機器の取り扱い方を直接ご指導頂くとともに，研究への取り組み方，姿勢についてご指導頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所博士課程前期 1 年阿部俊一郎氏には，本研究を進めるにあたって直接のご指導・ご助言を頂くとともに予稿の添削に多大な時間を割いて頂くなど言葉では言い表せないほどお世話になった．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所李軍鋒氏には研究に取り組む姿勢を示してくれたほか，海外のことについて色々と教えて頂いた．ここに深く感謝する．
やわらかい情報システム研究センター矢入聡博士には，研究から普段の生活まで様々な面でご助言を頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所技術補佐員小貫輝義氏には，研究に支障がなく円滑に行える
よう機器や環境の整備をして頂き，研究に対しても有益な助言を頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所博士課程後期 1 年岡本拓磨氏，姜大基氏，魏浩石氏には研究はもちろんのこと，日常生活において様々なご助言を頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所博士課程前期 2 年佐々木直哉氏には，電子透かしという共通の研究テーマを通じて様々なご指導・ご助言を年間を通じて頂いた．ここに深く感謝す
る．

−75−

東北大学電気通信研究所博士課程前期 2 年高崎政久氏には，同じ西村グループとして様々なご助言を頂くとともに，聴取実験について有益なお話をして頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所博士課程前期 2 年小笠原亮氏，門井涼氏には，研究室の先輩として様々な生活のアドバイスを頂くとともに，研究への姿勢について学ばせて頂いた．
ここに深く感謝する．
東北大学電気通信研究所博士課程前期 1 年佐々木愛氏，関本彩保氏，瀬戸幹生氏，沼畑俊氏，吉村美智子氏には研究・日常生活を問わず非常に細かな質問にも優しく応対して頂き，また，研究室生活を非常に楽しいものとさせて頂いた．ここに深く感謝する．
東北大学工学部情報工学科 4 年千葉武尊氏には，よき同輩として，楽しいこと辛いことを分かち合い，数多くの協力や励ましを頂いた．ここに深く感謝する．
秘書の小室まり氏，事務補佐員の今野亜未氏には，日常の生活において研究に専念できるよう，様々なご助力を頂いた．ここに深く感謝する．
実験，計算，論文，ブラウジング等，私の必要以上の処理要求に対し，時に凍結しながらも最後まで応えてくれた Hiphop および reds に深く感謝する．
また，私の学に対する意に理解を示し，大学に快く送り出してくれた私の家族に心より深く感謝する．
最後に，本研究は，多くの方々のご指導，ご協力の下で行なわれたものであり，ここに名前を挙げることにできなかった方々も含め，重ねて感謝する．

−76−

参考文献

[1] Wolfgang F.E. Preiser[編]：[秋山哲男ほか訳]，ユニバーサルデザインハンドブック，
丸善，2003[2] 松井甲子雄，電子透かしの基礎，森北出版，1998．
[3] D.Gruhl, A.Lu, and W.Bender, ”Echo Hiding”, Information Hiding, pp.295-315,
1996.
[4] B.S.Ko, R.Nishimura, and Y.Suzuki, ”Time-spread echo method for digital audio
watermarking using pn sequences,” IEEE International Conference on Acoustics,
Speech, and Signal Processing(ICASSP), 2002.
[5] 後藤真孝，橋口博樹，西村拓一，岡隆一，”RWC 研究用音楽データベース：音楽ジャンルデータベースと楽器音データベース”，情報処理学会 音楽情報処理研究会研究報告, 2002-MUS-45-4, Vol.2002, No.40, pp.19-26, 2002.

[6] 城戸健一編著，基礎音響工学，コロナ社，1990.
[7] Kenneth R. Boﬀ, Lloyo Kaufman, and James D. Thomas, Handbook of Perceptionand Human Performance, Volume, John Willey and Sons, 1986.

[8] David Heeger, ”Signal Detection Theory,” Teaching Handout, Department of Psychology, Stanford University, November 12, 1997.
[9] Thomas D. Wickens, Elementary Signal Detection Theory, Oxford University
Press Inc., 2002.
[10] David M. Green and John A. Swets, Signal Detection Theory and Psychophysics,
Peninsula Publishing, 1988.
[11] 境久雄著，聴覚と音響心理，コロナ社，1978．
[12] 西村明，小泉宣男，”AD/DA 変換器における時間ゆらぎを考慮に入れた波形比較による音質差測定法”，電子情報通信学会技術研究報告，EA2004-29,pp.15-22, 2004.

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第Ⅴ章

参考資料

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共同研究（共同研究機関：東北大学電気通信研究所）

電子透かし技術を応用した障害児者のための情報補償システムの開発−音響の情報バリアフリー化に向けて−（平成 16 年度〜平成 18 年度）
研究成果報告書

研究代表者

平成 19 年３月 発行
棟方哲弥（国立特殊教育総合研究所）・鈴木陽一（東北大学電気通信研究所）
発行 独立行政法人国立特殊教育総合研究所〒 236‑0841 神奈川県横須賀市野比五丁目１番１号℡ 046-848-4121（代表） FAX 046-849-5563