変調装置、復調装置、情報伝達システム、変調方法および復調方法
【課題】簡易な処理によって雑音を大幅に低減することができるとともに、通信時の制限の少ない変調装置、復調装置、情報伝達システム、変調方法および復調方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係る情報伝達システムは、変調装置において、入力されるオーディオ信号Ｓａの成分を除去し、除去した周波数帯域に、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を伝送情報に係る符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトして重畳することにより変調した変調オーディオ信号Ｓｅを放音することができる。そのため、情報の伝達の際に放音される変調オーディオ信号Ｓｅを聞いたとしても、変調に係る聴感上の違和感を低減することができる。このとき、周波数シフトされたオーディオ信号Ｓｄの出力レベルの調整を行って、元のオーディオ信号Ｓａの周波数分布に近いものとしているから、聴感上の違和感をさらに低減することができる。
【解決手段】本発明の実施形態に係る情報伝達システムは、変調装置において、入力されるオーディオ信号Ｓａの成分を除去し、除去した周波数帯域に、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を伝送情報に係る符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトして重畳することにより変調した変調オーディオ信号Ｓｅを放音することができる。そのため、情報の伝達の際に放音される変調オーディオ信号Ｓｅを聞いたとしても、変調に係る聴感上の違和感を低減することができる。このとき、周波数シフトされたオーディオ信号Ｓｄの出力レベルの調整を行って、元のオーディオ信号Ｓａの周波数分布に近いものとしているから、聴感上の違和感をさらに低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号に符号情報を重畳して伝達する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
符号情報を無線で伝達する通信方法としては、電波を用いた通信の他、楽音などの音波に変調を施すことにより符号化情報を重畳する技術が検討されている。このように音波に変調を施すことにより符号化情報を重畳する場合、一般的なスピーカ、マイクロフォンを用いて通信するためには、可聴域の音波を用いる必要があるが、符号化情報を重畳するための変調により、もともとの楽音に対して不快な雑音が混ざることを防ぐために様々な検討がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００７−１０４５９８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１６７６号公報
【特許文献３】特開２００６−１９５０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記各特許文献に開示された技術のように、変調時に発生する雑音が低減されるようになってきたが、その低減量が不十分、処理負荷が大きい、通信時における通信位置の制限があるなどの問題が残っていた。
【０００４】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な処理によって変調時に発生する雑音を大幅に低減することができるとともに、通信時の制限の少ない変調装置、復調装置、情報伝達システム、変調方法および復調方法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】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明は、オーディオ信号を入力する入力手段と、符号化された符号化情報を取得する取得手段と、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得手段によって取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整手段と、前記レベル調整手段によって出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号に重畳する重畳手段とを具備することを特徴とする変調装置を提供する。
【０００６】
また、別の好ましい態様において、前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを低減させるように調整することを特徴とする。
【０００７】
また、別の好ましい態様において、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数帯域の出力レベルと前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルとを測定するレベル測定手段をさらに具備し、前記レベル調整手段は、前記レベル測定手段によって測定された双方のオーディオ信号の出力レベルの比に応じて、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整することを特徴とする。
【０００８】
また、別の好ましい態様において、前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段による周波数のシフト量が大きいほど、当該周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを少なくするように調整することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、オーディオ信号を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出手段と、前記検出手段によって選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成手段とを具備することを特徴とする復調装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記記載の変調装置と、上記記載の復調装置と、前記変調装置の重畳手段によって重畳されたオーディオ信号を放音する放音手段と、前記放音手段によって放音されたオーディオ信号を収音する収音手段とを具備し、前記復調装置の入力手段は、前記収音手段によって収音したオーディオ信号を入力し、前記復調装置の検出手段において予め設定されるシフト量は、前記変調装置の周波数シフト手段によりシフトし得る周波数のシフト量であることを特徴とする情報伝達システムを提供する。
【００１１】
また、本発明は、オーディオ信号を入力する入力過程と、符号化された符号化情報を取得する取得過程と、前記入力過程において入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出過程と、前記抽出過程において抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得過程において取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト過程と、前記周波数シフト過程において周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整過程と、前記レベル調整過程において出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力過程において入力されたオーディオ信号に重畳する重畳過程とを備えることを特徴とする変調方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、オーディオ信号を入力する入力過程と、前記入力過程において入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出過程と、前記検出過程において選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成過程とを備えることを特徴とする復調方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な処理によって変調時に発生する雑音を大幅に低減することができるとともに、通信時の制限の少ない変調装置、復調装置、情報伝達システム、変調方法および復調方法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】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
＜実施形態＞
本発明の実施形態に係る情報伝達システム１０は、図１に示すように、外部装置などから送信すべき伝送情報が入力されるとともに、外部装置などからオーディオ信号Ｓａが入力され、オーディオ信号Ｓａを伝送情報に応じて変調した信号（以下、変調オーディオ信号Ｓｅという）を出力する変調装置１、変調装置１から出力される変調オーディオ信号Ｓｅを放音するスピーカ２、スピーカ２によって放音された変調オーディオ信号Ｓｅを収音するマイクロフォン３、マイクロフォン３によって収音された変調オーディオ信号Ｓｅを復調することにより伝送情報を受信する復調装置４を有する。以下、変調装置１、復調装置４の構成について順に説明する。
【００１６】
まず、変調装置１の構成について、図２を用いて説明する。以下に説明する構成については、ハードウエアにより実現してもよいし、図示しないコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が制御プログラムを実行して、以下に説明する機能の一部または全部を実現するようにしてもよい。
【００１７】
ＬＰＦ１１０は、オーディオ信号Ｓａが入力され、予め設定されたカットオフ周波数以上の高周波数帯域を減衰させることにより、高周波数帯域の成分を除去して出力する低域通過フィルタである。この高周波数帯域の一部が、後述するように、変調した信号が重畳される周波数帯域となるものであり、この例においては、カットオフ周波数は１０ｋＨｚに設定されている。以下、ＬＰＦ１１０から出力される高周波数帯域の成分が除去されたオーディオ信号をオーディオ信号Ｓｂという。
【００１８】
ＨＰＦ１２０は、ＬＰＦ１１０からオーディオ信号Ｓｂが入力され、予め設定されたカットオフ周波数以下の低周波数帯域を減衰させて出力する高域通過フィルタである。この例においては、カットオフ周波数は６ｋＨｚに設定されている。したがって、ＨＰＦ１２０から出力されるオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｃという）は、オーディオ信号Ｓａの周波数帯域のうち、概ね６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を有するオーディオ信号として抽出されたものである。
【００１９】
符号化器１３０は、伝送情報が入力され、この伝送情報を符号化した符号化情報を切替器１５０に出力する。この例においては、符号化情報は、伝送情報を「０」、「１」の１ビット２値のシンボルに符号化した情報である。なお、この符号化においては、インターリーブ、誤り訂正符号の付加などの処理を行なってもよい。ここで、１ビットあたりの時間は予め設定された時間であり、すなわち予め定められたビットレートの符号化情報が生成される。
【００２０】
キャリア周波数発生部１４０は、キャリア周波数発生器Ａ１４１とキャリア周波数発生器Ｂ１４２とを有し、それぞれ、テーブル、関数演算などを行うことにより、予め設定された異なる周波数の正弦波のキャリア信号ｆａ、ｆｂを生成し、切替器１５０に出力する。そして、切替器１５０は、符号化器１３０から出力される符号化情報を取得し、その符号化情報に応じて、入力されるキャリア信号ｆａ、ｆｂのいずれかを選択し、切り替えて出力する。この例においては、符号化情報が示すシンボルが「０」である場合には、キャリア信号ｆａを出力し、シンボルが「１」である場合には、キャリア信号ｆｂを出力する。
【００２１】
ここで、キャリア信号ｆａとキャリア信号ｆｂとが切り替わるときの切替器１５０からの出力波形の不連続点が発生しないように、切り替え時点において切り替え前後のキャリア信号ｆａ、ｆｂ双方の位相が一致するように周波数を設定してもよい。ここで、符号化情報の伝送符号１ビットあたりの時間は決まっているから、切り替わるタイミングはその時間の整数倍の時間に固定されている。例えば、サンプリングレートが４４．１ｋＨｚであるときに、１ビットあたりの時間が８８サンプルとして設定されているものとする。
【００２２】
このとき、キャリア信号ｆａの１周期を１１サンプル（周波数は概ね４ｋＨｚ、以下、省略して４ｋＨｚとする）とし、キャリア信号ｆｂの１周期を８サンプル（周波数は概ね５．５ｋＨｚ、以下、省略して５．５ｋＨｚとする）とすると、１ビットあたりキャリア信号ｆａはちょうど８周期、キャリア信号ｆｂはちょうど１１周期となり、切り替わるときには位相が一致するため、波形の連続性を保つことができる。このように設定されたキャリア信号ｆａ、ｆｂを、符号化情報「０１０１０１」により８８サンプルごとに切り替えた場合の切替器１５０からの出力信号を図３に示す。
【００２３】
キャリア周波数発生器Ａ１４１、キャリア周波数発生器Ｂ１４２に、上述のようにして決定される周波数を設定しておくことにより、切替器１５０における切替時の波形の連続性を保つことができるから、後述するように出力される変調オーディオ信号Ｓｅについて、切替器１５０におけるキャリア信号ｆａ、ｆｂの切替時にノイズが発生する可能性を抑えることができ、聴感上望ましい。この例においては、キャリア周波数発生器Ａ１４１には、周波数として４ｋＨｚが設定され、キャリア周波数発生器Ｂ１４２には、周波数として５．５ｋＨｚが設定されているものとする。したがって、キャリア信号ｆａの周波数は４ｋＨｚ、キャリア信号ｆｂの周波数は５．５ｋＨｚとなっている。
【００２４】
乗算器１６０は、ＨＰＦ１２０から出力されるオーディオ信号Ｓｃと切替器１５０から出力されるキャリア信号ｆａまたはキャリア信号ｆｂと乗算する。これにより、乗算器１６０は、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分を、乗算されるキャリア信号の周波数だけ上側の周波数帯域にシフトさせるとともに、下側の周波数帯域にもシフトさせる。具体的には、キャリア信号ｆａと乗算された場合には、キャリア信号ｆａの周波数は４ｋＨｚであるから、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分は、６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域から、２ｋＨｚ〜６ｋＨｚの周波数帯域および１０ｋＨｚから１４ｋＨｚの周波数帯域の２つの周波数帯域にシフトする。一方、キャリア信号ｆｂと乗算された場合には、キャリア信号ｆａの周波数は５．５ｋＨｚであるから、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分は、６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域から、０．５ｋＨｚ〜４．５ｋＨｚの周波数帯域および１１．５ｋＨｚから１５．５ｋＨｚの周波数帯域の２つの周波数帯域にシフトする。ここで、上側にシフトされる周波数帯域については、ＬＰＦ１１０において成分が除去される周波数帯域になるように、ＬＰＦ１１０に設定されるカットオフ周波数、キャリア周波数発生器Ａ１４１およびキャリア周波数発生器Ｂ１４２に設定される周波数が、それぞれ定められている。
【００２５】
ＨＰＦ１７０は、乗算器１６０によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号に対して、下側の周波数帯域の成分を除去し、上側の周波数帯域の成分だけを通過させる高域通過フィルタである。このように、下側の周波数帯域の成分だけを除去できればよいから、カットオフ周波数は、６ｋＨｚから１０ｋＨｚの間、例えば８ｋＨｚとしておけばよい。このようにして下側の周波数帯域の成分が除去され、上側にシフトした周波数帯域の成分だけを有するオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｄという）を出力する。
【００２６】
ＢＰＦ１０１は、オーディオ信号Ｓａが入力され、あらかじめ設定された中心周波数とバンド幅に応じた所定の周波数帯域を通過させ、所定の周波数帯域成分を有するオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｔという）を出力する帯域通過フィルタである。この例においては、通過させる所定の周波数帯域は、ＬＰＦ１１０におけるカットオフ周波数近傍の９ｋＨｚから１０ｋＨｚである。なお、この上限周波数をＬＰＦ１１０におけるカットオフ周波数と同じにするときには、このＢＰＦ１０１は、ＬＰＦ１１０から出力されるオーディオ信号Ｓｂが入力されてもよく、この場合は、ＢＰＦ１０１は、カットオフ周波数が９ｋＨｚである高域通過フィルタにより代用することも可能である。
【００２７】
遅延回路１０２は、ＢＰＦ１０１から出力されるオーディオ信号Ｓｔに対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、ＬＰＦ１１０、ＨＰＦ１２０、乗算器１６０およびＨＰＦ１７０における処理時間の合計からＢＰＦ１０１における処理時間を引いた時間として設定されている。このように遅延させることにより、後述するレベル検出器１０３に入力されるオーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔについて、オーディオ信号Ｓａが入力されてからの各処理時間のずれを調整して、時間的なずれが無いものとすることができる。
【００２８】
レベル検出器１０３は、オーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔとが入力され、それぞれの出力レベルを絶対値処理、二乗演算などによって測定し、これらの出力レベル比（この例においては、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルに対するオーディオ信号Ｓｔの出力レベルの比）を算出する。そして、レベル検出器１０３は、算出した出力レベル比を示すレベル比データを出力する。
【００２９】
遅延回路１０４は、ＨＰＦ１７０から出力されるオーディオ信号Ｓｄに対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、レベル検出器１０３における処理時間として設定されている。このように遅延させることにより、ＨＰＦ１７０から出力されるオーディオ信号Ｓｄがレベル検出器１０３に出力されてからレベル比データが出力されるまでの処理時間を調整し、後述するレベル調整器１０５に入力されるオーディオ信号Ｓｄと、レベル検出器１０３から出力されるレベル比データが示す出力レベル比の算出に用いられるオーディオ信号Ｓｄとの時間的なずれが無いものとすることができる。
【００３０】
レベル調整器１０５は、遅延回路１０４によって遅延処理がなされたオーディオ信号Ｓｄが入力され、レベル検出器１０３から出力されるレベル比データが示す出力レベル比に応じて、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを調整し、出力レベルを調整したオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｕという）を出力する。
【００３１】
この例においては、レベル調整器１０５は、入力されたレベル比データが示す出力レベル比が大きいほど、すなわち、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルがオーディオ信号Ｓｔの出力レベルに比べて大きくなるほど、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを低減するように調整する。
【００３２】
遅延回路１８０は、ＬＰＦ１１０から出力されるオーディオ信号Ｓｂに対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、ＨＰＦ１２０、乗算器１６０、ＨＰＦ１７０、遅延回路１０４およびレベル調整器１０５における処理時間を合計した時間として設定されている。このように遅延させることにより、オーディオ信号Ｓｂに対して上記の周波数をシフトさせる処理が行われてオーディオ信号Ｓｕが出力されるまでの処理時間のずれを調整して、オーディオ信号Ｓｂとオーディオ信号Ｓｕとの時間的なずれが無いものとすることができる。
【００３３】
加算器１９０は、遅延回路１８０において遅延されたオーディオ信号Ｓｂと、レベル調整器１０５から出力されたオーディオ信号Ｓｕとを加算することによって重畳したオーディオ信号（以下、変調オーディオ信号Ｓｅという）を出力する。このようにして加算器１９０から出力された変調オーディオ信号Ｓｅは、必要に応じてＤ／Ａ変換、増幅処理などが施されスピーカ２に出力される。そして、スピーカ２から変調オーディオ信号Ｓｅが放音される。
【００３４】
このとき、レベル調整器１０５において、上側にシフトした周波数帯域の成分だけを有するオーディオ信号Ｓｄの出力レベルが調整されているから、その周波数帯域成分の出力レベルは、オーディオ信号Ｓａにおけるその周波数帯域成分の出力レベルと近いものとなる。したがって、変調オーディオ信号Ｓｅとオーディオ信号Ｓａとの周波数分布が近いものとなり、聴感上の違和感を低減することができる。以上が変調装置１の構成についての説明である。
【００３５】
次に、変調装置１の動作について、入力されるオーディオ信号Ｓａが変調オーディオ信号Ｓｅとして放音されるまでの周波数分布の変化を示す図４を用いて説明する。
【００３６】
オーディオ信号Ｓａは、図４（ａ）に示す周波数分布であるとする。このオーディオ信号Ｓａは、ＬＰＦ１１０によって、１０ｋＨｚ以上の周波数帯域の成分が除去されるから、ＬＰＦ１１０から出力されるオーディオ信号Ｓｂは、図４（ｂ）に示すような周波数分布となる。次に、オーディオ信号Ｓｂは、ＨＰＦ１２０によって、６ｋＨｚ以下の周波数帯域の成分が除去されるから、ＨＰＦ１２０から出力されるオーディオ信号Ｓｃは、図４（ｃ）に示すような６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を有する周波数分布となる。
【００３７】
そして、入力される伝送情報は符号化器１３０によって符号化された符号化情報として出力され、その内容に応じてキャリア信号ｆａまたはキャリア信号ｆｂが切り替えられながら乗算器１６０に出力される。これにより、乗算器１６０において、オーディオ信号Ｓｃの６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分が上下側にシフトされ、ＨＰＦ１７０において、下側にシフトされた周波数帯域の成分が除去される。このようにしてＨＰＦ１７０から出力されるオーディオ信号Ｓｄは図４（ｄ）に示すような周波数分布となる。ここで、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）とは、それぞれキャリア信号ｆａ、ｆｂにより周波数帯域の成分がシフトされたオーディオ信号Ｓｄを示し、破線で示した周波数分布については、ＨＰＦ１７０において除去された周波数帯域の成分を示している。
【００３８】
一方、オーディオ信号Ｓａは、ＢＰＦ１０１によって９ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域以外の成分が除去されるから、ＢＰＦ１０１から出力されるオーディオ信号Ｓｔは、図４（ｆ）に示すような周波数分布となる。そして、レベル検出器１０３は、オーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔとの出力レベル比を算出する。レベル調整器１０５は、この出力レベル比に応じて、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）の出力レベルを調整したオーディオ信号Ｓｕ（０）、Ｓｕ（１）を出力する。
【００３９】
このようにしてレベル調整器１０５から出力されたオーディオ信号Ｓｕは、遅延回路１８０において遅延処理されたオーディオ信号Ｓｂと加算器１９０において加算されるから、加算器１９０から出力される変調オーディオ信号Ｓｅは、図４（ｅ）に示すような周波数分布となる。ここで、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）、Ｓｅ（１）とは、それぞれオーディオ信号Ｓｕ（０）、Ｓｕ（１）とオーディオ信号Ｓｂとを加算した変調オーディオ信号Ｓｅを示す。また、破線については、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）の出力レベルが調整されていない場合を示している。このように、オーディオ信号Ｓｂに加算されるオーディオ信号Ｓｕは、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを低減する調整が行われたものであり、この例においては、１０ｋＨｚにおけるオーディオ信号Ｓｂの出力レベルとオーディオ信号Ｓｕ（０）の出力レベルとが概ね同じになるように調整されている。
【００４０】
このようにして、入力されたオーディオ信号Ｓａは、符号化器１３０によって出力される符号化情報の「０」、「１」に対応して、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）、Ｓｅ（１）に変調されることになる。すなわち、オーディオ信号Ｓａの６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を、符号化情報の「０」「１」に応じたシフト量で高周波数帯域へシフトさせて、その出力レベルを調整して重畳する変調を行う。また、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを、オーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔとの出力レベル比に応じて調整することにより、変調オーディオ信号Ｓｅの聴感上の違和感を少なくすることができる。以上が変調装置１の動作についての説明である。
【００４１】
次に、復調装置４の構成について、図５を用いて説明する。以下に説明する構成については、ハードウエアにより実現してもよいし、図示しないコンピュータのＣＰＵが制御プログラムを実行して、以下に説明する機能の一部または全部を実現するようにしてもよい。
【００４２】
再変調器４１０は、マイクロフォン３において収音された変調オーディオ信号Ｓｅが入力される。再変調器４１０は、図６に示すような構成であり、以下、その構成について説明する。
【００４３】
再変調器４１０は、ＢＰＦ４１１、４１２、４１３、加算器４１４、４１５、レベル検出器４１６、４１７、レベル調整器４１８、４１９および遅延回路４１１０、４１２０、４１３０を有する。ＢＰＦ４１１、４１２、４１３は、それぞれ異なる中心周波数が予め設定された帯域通過フィルタである。そして、ＢＰＦ４１１、４１２、４１３は、変調オーディオ信号Ｓｅが入力され、変調オーディオ信号Ｓｅの周波数帯域のうち、それぞれに設定された中心周波数近傍の周波数帯域以外の周波数帯域を除去した信号を出力する。
【００４４】
ＢＰＦ４１１は、変調装置１に係るオーディオ信号Ｓｃの周波数帯域（６ｋＨｚから１０ｋＨｚ）のいずれかの周波数（この例においては、６．５ｋＨ）が中心周波数として設定される。ＢＰＦ４１２は、ＢＰＦ４１１に設定される中心周波数に変調装置１に係るキャリア信号ｆａの周波数を加算した周波数、すなわち、この例においては、１０．５ｋＨｚが中心周波数として設定される。また、ＢＰＦ４１３は、ＢＰＦ４１１に設定される中心周波数に変調装置１に係るキャリア信号ｆｂの周波数を加算してシフトさせた周波数、すなわち、この例においては、１２ｋＨｚが中心周波数として設定される。なお、ＢＰＦ４１１、４１２、４１３それぞれのバンド幅は適宜設定すればよいが、すべて同じバンド幅であることが望ましい。
【００４５】
レベル検出器４１６は、ＢＰＦ４１１から出力された信号およびＢＰＦ４１２から出力された信号の出力レベルを測定し、その出力レベル比を算出する。この例においては、レベル検出器４１６は、ＢＰＦ４１１から出力された信号の出力レベルに対するＢＰＦ４１２から出力された信号の出力レベルの出力レベル比を算出し、算出した出力レベル比を示すレベル比データを出力する。
【００４６】
レベル検出器４１７は、ＢＰＦ４１１から出力された信号とＢＰＦ４１３から出力された信号との出力レベルを測定し、その出力レベル比を算出する。この例においては、レベル検出器４１７は、ＢＰＦ４１１から出力された信号の出力レベルに対するＢＰＦ４１３から出力された信号の出力レベルを示す出力レベル比を算出し、算出した出力レベル比を示すレベル比データを出力する。
【００４７】
遅延回路４１２０は、ＢＰＦ４１２から出力される信号に対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、レベル検出器４１６における処理時間として設定されている。このように遅延させることにより、ＢＰＦ４１２から出力される信号がレベル検出器４１６に出力されてからレベル比データが出力されるまでの処理時間を調整し、後述するレベル調整器４１８に入力されるＢＰＦ４１２からの信号と、レベル検出器４１６から出力されるレベル比データが示す出力レベル比の算出に用いられるＢＰＦ４１２からの信号との時間的なずれが無いものとすることができる。
【００４８】
遅延回路４１３０は、ＢＰＦ４１３から出力される信号に対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行ってレベル調整器４１９に出力すること以外は、遅延回路４１２０と同様であるため説明を省略する。
【００４９】
レベル調整器４１８は、遅延回路４１２０によって遅延処理がなされた信号が入力され、レベル検出器４１６から出力されるレベル比データが示す出力レベル比に応じて、遅延回路４１２０からの信号の出力レベルを調整して出力する。例えば、出力レベル比が小さい、すなわちＢＰＦ４１２からの信号の出力レベルがＢＰＦ４１１からの信号の出力レベルに比べて小さいほど、遅延回路４１２０からの信号の出力レベルを大きくするように調整する。
【００５０】
また、レベル調整器４１９は、遅延回路４１３０によって遅延処理がなされた信号が入力され、レベル検出器４１７から出力されるレベル比データが示す出力レベル比に応じて、遅延回路４１３０からの信号の出力レベルを調整して出力する。調整の態様は、レベル調整器４１８と同様にすればよい。このようにして、レベル調整器４１８、４１９において出力レベルが調整されることにより、ＢＰＦ４１１から出力される信号の出力レベルと、ＢＰＦ４１２、４１３から出力される信号の出力レベルとを、概ね一致させることができる。
【００５１】
遅延回路４１１０は、ＢＰＦ４１１から出力される信号に対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、ＢＰＦ４１２、遅延回路４１２０およびレベル調整器４１８における処理時間を合計した時間からＢＰＦ４１１における処理時間を引いた時間として設定されている。このように遅延させることにより、変調オーディオ信号Ｓｅが入力されてから、ＢＰＦ４１１において処理されて加算器４１４に出力されるまでの処理時間と、ＢＰＦ４１２において処理されて加算器４１４に出力されるまでの処理時間とを調整し、ＢＰＦ４１１からの信号とＢＰＦ４１２からの信号との時間的なずれが無いものとすることができる。ここで、ＢＰＦ４１２、遅延回路４１２０およびレベル調整器４１８における処理時間の合計と、ＢＰＦ４１３、遅延回路４１３０およびレベル調整器４１９における処理時間の合計とは同じ時間であるものとする。なお、双方の処理時間が異なる場合には、処理時間が長い方を基準として、短い方の処理経路に遅延回路を設けることで、処理時間を合わせるようにすればよい。
【００５２】
加算器４１４は、遅延回路４１１０およびレベル調整器４１８から出力された信号を加算し、加算した出力信号Ｓｆ１を出力する。これにより、双方の信号の相関関係を検出することができる。すなわち、ＢＰＦ４１１、４１２に設定された中心周波数は、キャリア信号ｆａの周波数の４ｋＨｚずれた関係にある。ここで、変調オーディオ信号Ｓｅのうち、符号化情報「０」に対応する変調オーディオ信号Ｓｅ（０）については、上述したように、その６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分が４ｋＨｚ上側にシフトさせた１０ｋＨｚから１４ｋＨｚの周波数帯域に重畳されている。したがって、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）が再変調器４１０に入力されている間は、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）のうち６．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号と、さらに４ｋＨｚ上側の１０．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号とは、周波数帯域がシフトされただけの関係であり強い相関関係をもつから、これらの信号を加算した出力信号Ｓｆ１は、４ｋＨｚの強い振幅のうねりを持った信号となる。ここで、上述したように、レベル調整器４１８において、ＢＰＦ４１２からの信号の出力レベルが調整されているから、出力信号Ｓｆ１は、振幅のうねりがはっきりした信号となる。
【００５３】
一方、変調オーディオ信号Ｓｅのうち、符号化情報「１」に対応する変調オーディオ信号Ｓｅ（１）については、上述したように、その６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分が５．５ｋＨｚ上側にシフトさせた１１．５ｋＨｚから１５．５ｋＨｚの周波数帯域に重畳されている。したがって、変調オーディオ信号Ｓｅ（１）が再変調器４１０に入力されている間は、変調オーディオ信号Ｓｅ（１）のうち６．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号と、さらに４ｋＨｚ上側の１０．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号とは、周波数帯域がシフトされた関係ではなく（５．５ｋＨｚではない）、強い相関を持たないから、これらの信号を加算した出力信号Ｓｆ１は、強い振幅のうねりを持たない信号となる。
【００５４】
加算器４１５は、遅延回路４１１０およびレベル調整器４１９から出力された信号を加算し、加算した出力信号Ｓｆ２を出力する。ＢＰＦ４１１、４１３に設定された中心周波数は、キャリア信号ｆｂの周波数の５．５ｋＨｚずれた関係にある。したがって、上述の理由と同様に、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）が再変調器４１０に入力されている間は、出力信号Ｓｆ２は、強い振幅のうねりを持たない信号となる一方、変調オーディオ信号Ｓｅ（１）が再変調器４１０に入力されている間は、出力信号Ｓｆ２は、５．５ｋＨｚの強い振幅のうねりを持った信号となる。
【００５５】
このようにして再変調器４１０から出力される出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２について図７に示す。この図７においては、再変調器４１０に入力される変調オーディオ信号Ｓｅは、符号化情報が「０１０１０１０１」に対応したもの、すなわち変調オーディオ信号Ｓｅ（０）、Ｓｅ（１）が交互に入力されているものとしている。また、図７（ａ）は出力信号Ｓｆ１を示し、図７（ｂ）は出力信号Ｓｆ２を示している。以上が、再変調器４１０の構成の説明である。
【００５６】
キャリア成分検出器４２０は、出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２が入力される。キャリア成分検出器４２０は、入力される出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２の振幅のうねりから、キャリア周波数成分を検波するものであり、図８に示すような構成である。以下、その構成について説明する。
【００５７】
キャリア成分検出器４２０は、整流器４２１、４２２、ＢＰＦ４２３、４２４を有している。整流器４２１、４２２は、それぞれ出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２が入力され、絶対値処理、二乗演算などにより整流を行って、ＢＰＦ４２３、４２４に出力する。
【００５８】
ＢＰＦ４２３、４２４は、帯域通過フィルタであり、中心周波数は、それぞれキャリア信号ｆａの周波数４ｋＨｚ、キャリア周波数ｆｂの周波数５．５ｋＨｚとして予め設定されている。したがって、ＢＰＦ４２３、４２４から出力される出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２は、出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２のキャリア周波数成分（Ｓｆ１に対しては４ｋＨｚ、Ｓｆ２に対しては５．５ｋＨｚ）を抽出した信号となる。このようにして、キャリア成分検出器４２０は、再変調器４１０から入力される出力信号Ｓｆ１，Ｓｆ２からキャリア周波数成分を抽出した出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力する。
【００５９】
図９は、図７に示すような出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２がキャリア成分検出器４２０に入力され、キャリア成分検出器４２０から出力される出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を示している。ここで、図９（ａ）は出力信号Ｓｇ１、図９（ｂ）は出力信号Ｓｇ２を示している。以上が、キャリア成分検出器４２０の構成の説明である。
【００６０】
レベル検出器４３０は、出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が入力される。レベル検出器４３０は、入力される出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のエンベロープを検出し、レベル値として出力するものであり、図１０に示すような構成である。以下、その構成について説明する。
【００６１】
レベル検出器４３０は、整流器４３１、４３２、ＬＰＦ４３３、４３４を有している。整流器４３１、４３２は、それぞれ出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が入力され、絶対値処理、二乗演算などにより整流を行って、ＬＰＦ４３３、４３４に出力する。ＬＰＦ４３３、４３４は、予めカットオフ周波数が設定された低域通過フィルタであり、それぞれ整流器４３１、４３２から入力される信号を平滑化して、レベル値を示す出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２を出力する。予め設定されたカットオフ周波数は、平滑化を目的としているから、伝送符号１ビットあたりの時間に応じて符号化された伝送情報が消失しない程度に設定すればよい。なお、レベル検出器４３０は、交流信号からレベル値を算出できる方法であれば、これ以外の構成、例えばピーク検出とディケイ演算による構成などを用いてもよい。
【００６２】
図１１は、図９に示すような出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２がレベル検出器４３０に入力され、レベル検出器４３０から出力される出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２を示している。ここで、実線は出力信号Ｓｈ１、破線は出力信号Ｓｈ２を示している。以上が、レベル検出器４３０の構成の説明である。
【００６３】
加算器４４０は、出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２が入力され、出力信号Ｓｈ１と出力信号Ｓｈ２との差分を示す出力信号Ｓｉを出力する。図１２は、図１１に示すような出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２が加算器４４０に入力され、加算器４４０から出力される出力信号Ｓｉ（破線）を示している。
【００６４】
移動平均算出器４５０は、出力信号Ｓｉが入力され、出力信号Ｓｉの移動平均を算出する。移動平均算出器４５０は、例えばＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成され、フィルタのタップ長は伝送符号１ビットあたりの時間に相当するようにし、中心から前後方向に平均をとるように構成される。これによって、キャリア周波数成分のレベル値の差分である出力信号Ｓｉは、伝送符号１ビットあたりの時間で平均化されて出力される。
【００６５】
ＤＣカットフィルタ４６０は、移動平均算出器４５０において平均化された出力信号Ｓｉが入力され、直流成分、またはそれに近い不要な低域変動成分を除去した出力信号Ｓｊ（図１２参照：一点鎖線）を出力する。これは、例えば、高域通過フィルタによって構成され、カットオフ周波数は、伝送符号１ビットあたりの時間などに応じて、符号化された伝送情報が消失しないように設定されればよい。
【００６６】
正負符号判定器４７０は、出力信号Ｓｊが入力され、出力信号Ｓｊが正の場合には「＋１」、負の場合には「−１」に対応するレベルの出力信号Ｓｋ（図１２参照：実線）を出力する。
【００６７】
復号化器４８０は、出力信号Ｓｋが入力され、適宜決定される基準タイミング（この例においては、最初に出力信号Ｓｋのレベルが変化したことを認識したタイミング）からの伝送符号１ビットあたりの時間で累積加算して、その時間毎に正負を判定する。そして、その結果が正であれば、変調オーディオ信号Ｓｅに対応する符号が「０」すなわち変調オーディオ信号Ｓｅ（０）を受信したものとして認識し、負であれば、変調オーディオ信号Ｓｅに対応する符号が「１」すなわち変調オーディオ信号Ｓｅ（１）を受信したものとして認識する。すなわち、再変調器４１０における信号の相関関係の検出結果に応じて、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分の周波数帯域のシフト量が４ｋＨｚであったか５．５ｋＨｚであったかを認識して、いずれかを選択することができる。このようにしてシフト量を選択した結果、変調装置１から送信された伝送情報に係る符号化情報は、図１３に示すような「０１０１０１０１」を示す符号化情報として復調される。
【００６８】
そして、復号化器４８０は、復調された符号化情報を復号化した受信情報を出力する。なお、変調装置１において、インターリーブ、誤り訂正などの処理がなされているときには、その処理に応じた復号化を行なえばよい。以上が、復調装置４の構成についての説明である。
【００６９】
このように、本発明の実施形態に係る情報伝達システム１０は、変調装置１において、入力されるオーディオ信号Ｓａの高周波数帯域の成分を除去し、除去した周波数帯域に、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を伝送情報に係る符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトして重畳することにより変調した変調オーディオ信号Ｓｅを放音することができる。一方、復調装置４においては、収音した変調オーディオ信号Ｓｅから周波数のシフト量を認識して符号化情報に復調することができる。
【００７０】
そのため、情報の伝達の際に放音される変調オーディオ信号Ｓｅを聞いたとしても、変調に係る聴感上の違和感を低減することができる。このとき、周波数シフトされたオーディオ信号Ｓｄについて、出力レベルの調整を行って、元のオーディオ信号Ｓａの周波数分布に近いものとしているから、調整を行わない場合よりも聴感上の違和感をさらに低減することができる。また、入力されるオーディオ信号Ｓａがもともと高周波数帯域の成分を含まないものであれば、変調による帯域拡張処理で、周波数特性が高周波数帯域へも広がったような聴感改善効果も得られる。さらに、キャリア信号ｆａ、ｆｂの切替時に位相を一致させることにより、切替時における雑音の発生を抑えることもできる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
【００７２】
＜変形例１＞
上述した実施形態における変調装置１の変調処理、また復調装置４の復調処理については、別の態様の処理により行ってもよい。例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を用いればよい。この場合には、変調装置１は図１４のような構成とし、復調装置４については図１５のような構成とすればよい。以下、それぞれの構成について順に説明する。
【００７３】
まず、本変形例に係る変調装置１について図１４を用いて説明する。ＦＦＴ部１０１０は、入力されるオーディオ信号ＳａについてＦＦＴ処理を施し、周波数領域のスペクトルＳｐに変換する。符号化器１０２０については、実施形態における符号化器１３０と同様に、入力される伝送情報を符号化情報に変換する。
【００７４】
複製部１０３０は、ＦＦＴ部１０１０から入力されるスペクトルＳｐの高周波数帯域の成分を除去し、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を、符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトさせて、除去した高周波数帯域に重畳する。例えば、１０ｋＨｚ以上の周波数帯域の成分を除去し、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域である６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を１０ｋＨｚ以上の周波数帯域に周波数シフトさせて重畳する。このときの周波数のシフト量は、入力される符号化情報が「０」である場合には＋４ｋＨｚ、「１」である場合には＋５．５ｋＨｚとする。そして、このようにして処理されたスペクトルＳｑを出力する。なお、除去する周波数帯域は、重畳する部分のみとしてもよい。すなわち、重畳する際に元のスペクトルと置き換えるようにすればよい。
【００７５】
ここで、高周波数帯域に重畳するときには、元のスペクトルＳｐにおいて、除去する前の高周波数帯域成分の出力レベルを記憶しておき、その出力レベルに概ね一致するように重畳する周波数帯域成分の出力レベルを調整する。この調整は、各周波数における出力レベルを調整することにより、スペクトルの形状を一致させるような調整であってもよいし、周波数シフトさせる周波数帯域の出力レベルを全体として増減させるような調整としてもよい。このようにすると、スペクトルＳｑとスペクトルＳｐとは除去されている周波数帯域を除いて出力レベルが概ね一致したものとなる。
【００７６】
逆ＦＦＴ部１０４０は、複製部１０３０から入力されるスペクトルＳｑに対して逆ＦＦＴ処理を施すことにより、変調オーディオ信号Ｓｅに変換して出力する。このような構成によっても、実施形態と同様な変調オーディオ信号Ｓｅを出力することができる。以上が、本変形例における変調装置１の構成の説明である。
【００７７】
次に、本変形例に係る復調装置４について図１５を用いて説明する。ＦＦＴ部４０１０は、変調オーディオ信号Ｓｅが入力され、ＦＦＴ処理を施して周波数領域のスペクトルＳｒに変換して出力する。
【００７８】
判定部４０２０は、ＦＦＴ部４０１０から入力されるスペクトルＳｒのうち、６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域のスペクトル（以下、スペクトルＡという）と、１０ｋＨｚ〜１４ｋＨｚの周波数帯域のスペクトル（以下、スペクトルＢという）または１１．５ｋＨｚ〜１５．５ｋＨｚの周波数帯域のスペクトル（以下、スペクトルＣという）とを比較して、スペクトルＢとスペクトルＣのどちらがスペクトルＡに近いスペクトル形状であるかを判定する。このとき、スペクトルＡの出力レベルとスペクトルＢ、Ｃの出力レベルの比を調整してから判定してもよい。この判定は、スペクトル形状の類似度などの相関関係から判定すればよい。そして、スペクトルＢと判定された期間においては「＋１」、スペクトルＣと判定された期間においては「−１」に対応する出力信号Ｓｋを出力する。この出力信号Ｓｋは、実施形態における出力信号Ｓｋと同様な信号である。
【００７９】
復号化器４０３０は、実施形態における復号化器４８０と同様に、入力される出力信号Ｓｋから符号化情報に復調し、符号化情報を復号化した受信情報を出力する。以上が、本変形例における復調装置４の構成の説明である。
【００８０】
このように、変調装置１は、入力されるオーディオ信号Ｓａの高周波数帯域の成分を除去し、除去した周波数帯域に、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を伝送情報に係る符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトして重畳することにより変調した変調オーディオ信号Ｓｅを放音することができれば、どのような構成であってもよい。また、復調装置４においては、収音した変調オーディオ信号Ｓｅから周波数のシフト量を認識して符号化情報に復調することができれば、どのような構成としてもよい。なお、変調装置１と復調装置４の双方が本変形例の構成として、情報伝達システム１０を構成するだけでなく、変調装置１または復調装置４のいずれかが、本変形例の構成であり、他方が実施形態の構成として、情報伝達システム１０を構成してもよい。
【００８１】
＜変形例２＞
上述した実施形態においては、高周波数帯域に重畳するための残存する周波数帯域の一部の周波数帯域は、ＬＰＦ１１０とＨＰＦ１２０との組み合わせにより、双方のカットオフ周波数の間の周波数帯域となっていた。したがって、その周波数帯域の上限周波数は、重畳のために除去される高周波数帯域の下限周波数と同じ周波数になっていたが、高周波数帯域に重畳するための残存する周波数帯域の一部の周波数帯域については、必ずしもこのような態様でなくてもよくてもよい。例えば、高周波数帯域に重畳するための残存する周波数帯域の一部の周波数帯域については、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）などを用いて、６ｋＨｚ〜９ｋＨｚの周波数帯域の成分を抽出するようにしてもよい。このように、残存する周波数帯域の一部であれば、どの周波数帯域を周波数シフトして、高周波数帯域に重畳するようにしてもよい。なお、周波数帯域の帯域幅についても、どのような帯域幅としてもよい。
【００８２】
また、入力されるオーディオ信号Ｓａの周波数帯域のうち、重畳すべき周波数帯域の成分が無い場合はＬＰＦ１１０を用いず、所定の周波数以上の周波数帯域の成分を除去しなくてもよい。この場合には、本変形例のようにしてＢＰＦを用いて、所定の周波数以上の周波数帯域に重畳すべき成分を抽出するようにすればよい。
【００８３】
＜変形例３＞
上述した実施形態においては、キャリア周波数発生部１４０については、キャリア周波数が異なる２つのキャリア周波数発生器Ａ１４１とキャリア周波数発生器Ｂ１４２とを有していたが、さらに多くのキャリア周波数発生器を有するようにしてもよい。そして、生成するキャリア信号の周波数がそれぞれ異なるようにし、それぞれの周波数を実施形態において説明したように、キャリア信号が切り替わるときの切替器１５０からの出力波形について不連続点が発生しないように、切り替え時においてキャリア信号ｆａ、ｆｂ双方の位相が一致するように設定してもよい。
【００８４】
このようにすると、符号化情報は、そのシンボルが「０」「１」だけでなく、さらに多値化することができ、キャリア周波数発生器が４つあれば、「００」「０１」「１０」「１１」と、同時に２ビットずつ送信することができる。
【００８５】
この場合、復調装置４における各構成については、キャリア周波数発生器の数（この例においては４つ）に対応して、変更するようにすればよい。具体的には、再変調器４１０は、ＢＰＦ４１１に設定された中心周波数に各キャリア信号の周波数を加算した周波数を中心周波数として設定したＢＰＦ４１２、４１３、４１４、４１５（図示略）を設け、それぞれの出力をＢＰＦ４１１の出力と加算した出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３、Ｓｆ４を出力するようにする。そして、キャリア成分検出器４２０、レベル検出器４３０において各出力信号を実施形態と同様な処理を施し、出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２、Ｓｈ３、Ｓｈ４が出力される。
【００８６】
そして、実施形態における加算器４４０、移動平均算出器４５０、ＤＣカットフィルタ４６０、正負符号判定器４７０、復号化器４８０における処理に対応して、出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２、Ｓｈ３、Ｓｈ４のうち、最大のレベルの出力信号を検出すればよい。そして、検出した出力信号が出力信号Ｓｈ１であれば、変調装置１における周波数のシフト量が、ＢＰＦ４１２に設定された中心周波数の、ＢＰＦ４１１に設定された中心周波数に対するシフト量であるものとして選択することができる。したがって、その検出している期間は、符号化情報が、選択されたシフト量に対応するシンボル、例えば「００」であるものとすることができる。このようにすれば、符号化器１３０から出力される符号化情報のビットレートを向上させることができる。
【００８７】
＜変形例４＞
上述した実施形態においては、変調装置１と復調装置４との間の伝送情報の通信は、変調オーディオ信号Ｓｅを空間中に放音することにより行っていたが、変調オーディオ信号Ｓｅを有線で伝送してもよい。
【００８８】
＜変形例５＞
上述した実施形態においては、変調装置１と復調装置４との間の伝送情報の通信は、可聴域の周波数帯域の成分を有する変調オーディオ信号Ｓｅを空間中に放音することにより行っていたが、非可聴域の周波数帯域を用いてもよい。この場合には、スピーカ２の構成について、使用する非可聴域の周波数帯域まで放音可能なものとし、マイクロフォン３の構成について、使用する非可聴域の周波数帯域まで収音可能なものとすればよい。また、変調装置１、復調装置４の各構成においても、使用する非可聴域の周波数帯域まで処理可能な構成としておけばよい。
【００８９】
＜変形例６＞
上述した実施形態においては、ＢＰＦ１０１において抽出される周波数帯域は、ＬＰＦ１１０におけるカットオフ周波数近傍の９ｋＨｚから１０ｋＨｚであるものとし、その周波数帯域成分の出力レベルを出力レベル比算出時の分母としていたが、この周波数帯域に限らず、様々な周波数帯域を用いることができる。例えば、周波数シフト先の周波数帯域（１０ｋＨｚ〜１５．５ｋＨｚ）の一部を含む周波数帯域であってもよいし、シフト先の複数の周波数帯域のうち重複する周波数帯域（１１．５ｋＨｚ〜１４ｋＨｚ）であってもよい。また、もっと低い周波数帯域を用いて高周波数帯域成分の出力レベルを推定してもよい。すなわち、オーディオ信号Ｓａについて、周波数シフト先の周波数帯域における出力レベルを推定できるものであれば、どのような周波数帯域成分の出力レベルを抽出してもよい。
【００９０】
＜変形例７＞
上述した実施形態においては、レベル調整器１０５においてレベル検出器１０３から出力されるレベル比データに応じて、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを調整していたが、レベル比データにかかわらず、この調整量は一定であるものとしてもよい。一定の調整量とする場合には、レベル調整器１０５は、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを所定の割合で低減させるように調整すればよい。一般的に高周波数帯域における出力レベルは、低周波数帯域における出力レベルに比べて相対的に低いものであるから、このように調整するだけでも聴感上の違和感を低減することができる。
【００９１】
なお、レベル調整器１０５は、入力されるオーディオ信号Ｓｄについて、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）のどちらであるかを判別して、周波数シフト量が大きいオーディオ信号Ｓｄ（１）である場合は、出力レベルの低減量を多く、オーディオ信号Ｓｄ（０）である場合は、出力レベルの低減量より少なくする調整をしてもよい。ここで、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）の判別は、入力されるオーディオ信号Ｓｄの周波数分布を解析して判別してもよいし、切替器１５０から出力されるキャリア信号の周波数の測定結果に応じて判別してもよい。
【００９２】
また、オーディオ信号Ｓｄ（０）とオーディオ信号Ｓｄ（１）とで出力レベルの調整量を変えることについては、実施形態のように、レベル検出器１０３から出力されるレベル比データに応じて出力レベルを調整する場合にも適用することができる。すなわち、実施形態において、レベル調整器１０５に入力されるオーディオ信号Ｓｄがオーディオ信号Ｓｄ（１）である場合には、オーディオ信号Ｓｄ（０）である場合よりもレベル比データに応じて調整する出力レベルの低減量を大きくすればよい。
【００９３】
＜変形例８＞
上述した実施形態における変調装置１、復調装置４によって実行される制御プログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスクなど）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。この場合には、これらの記録媒体を読み取る読み取り手段を設ければよい。また、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施形態に係る情報伝達システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る変調装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る切替器から出力されるキャリア信号の一例を示す説明図である。
【図４】実施形態に係るオーディオ信号の周波数帯域の変化を示す説明図である。
【図５】実施形態に係る復調装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施形態に係る再変調器の構成を示すブロック図である。
【図７】実施形態に係る再変調器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図８】実施形態に係るキャリア成分検出器の構成を示すブロック図である
【図９】実施形態に係るキャリア成分検出器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図１０】実施形態に係るレベル検出器の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態に係るレベル検出器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図１２】実施形態に係る加算器、ＤＣカットフィルタ、正負符号判定器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図１３】実施形態に係る復号化器に係る符号化情報の一例を示す説明図である。
【図１４】変形例１に係る変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】変形例１に係る復調装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…変調装置、２…スピーカ、３…マイクロフォン、４…復調装置、１０…情報伝達システム、１０１…ＢＰＦ、１０２，１０４…遅延回路、１０３…レベル検出器、１０５…レベル調整器、１１０…ＬＰＦ、１２０，１７０…ＨＰＦ、１３０…符号化器、１４０…キャリア周波数発生部、１４１，１４２…キャリア周波数発生器、１５０…切替器、１６０…乗算器、１８０…遅延回路、１９０…加算器、４１０…再変調器、４１１，４１２，４１３，４２３，４２４…ＢＰＦ、４１４，４１５…加算器、４１６，４１７…レベル検出器、４１８，４１９…レベル調整器、４１１０，４１２０，４１３０…遅延回路、４２０…キャリア成分検出器、４２１，４２２，４３１，４３２…整流器、４３０…レベル検出器、４３３，４３４…ＬＰＦ、４４０…加算器、４５０…移動平均算出器、４６０…ＤＣカットフィルタ、４７０…正負符号判定器、４８０…復号化器、１０１０，４０１０…ＦＦＴ部、１０２０…符号化器、１０３０…複製部、１０４０…逆ＦＦＴ部、４０２０…判定部、４０３０…復号化器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号に符号情報を重畳して伝達する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
符号情報を無線で伝達する通信方法としては、電波を用いた通信の他、楽音などの音波に変調を施すことにより符号化情報を重畳する技術が検討されている。このように音波に変調を施すことにより符号化情報を重畳する場合、一般的なスピーカ、マイクロフォンを用いて通信するためには、可聴域の音波を用いる必要があるが、符号化情報を重畳するための変調により、もともとの楽音に対して不快な雑音が混ざることを防ぐために様々な検討がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００７−１０４５９８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１６７６号公報
【特許文献３】特開２００６−１９５０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記各特許文献に開示された技術のように、変調時に発生する雑音が低減されるようになってきたが、その低減量が不十分、処理負荷が大きい、通信時における通信位置の制限があるなどの問題が残っていた。
【０００４】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な処理によって変調時に発生する雑音を大幅に低減することができるとともに、通信時の制限の少ない変調装置、復調装置、情報伝達システム、変調方法および復調方法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】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明は、オーディオ信号を入力する入力手段と、符号化された符号化情報を取得する取得手段と、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得手段によって取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整手段と、前記レベル調整手段によって出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号に重畳する重畳手段とを具備することを特徴とする変調装置を提供する。
【０００６】
また、別の好ましい態様において、前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを低減させるように調整することを特徴とする。
【０００７】
また、別の好ましい態様において、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数帯域の出力レベルと前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルとを測定するレベル測定手段をさらに具備し、前記レベル調整手段は、前記レベル測定手段によって測定された双方のオーディオ信号の出力レベルの比に応じて、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整することを特徴とする。
【０００８】
また、別の好ましい態様において、前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段による周波数のシフト量が大きいほど、当該周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを少なくするように調整することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、オーディオ信号を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出手段と、前記検出手段によって選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成手段とを具備することを特徴とする復調装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記記載の変調装置と、上記記載の復調装置と、前記変調装置の重畳手段によって重畳されたオーディオ信号を放音する放音手段と、前記放音手段によって放音されたオーディオ信号を収音する収音手段とを具備し、前記復調装置の入力手段は、前記収音手段によって収音したオーディオ信号を入力し、前記復調装置の検出手段において予め設定されるシフト量は、前記変調装置の周波数シフト手段によりシフトし得る周波数のシフト量であることを特徴とする情報伝達システムを提供する。
【００１１】
また、本発明は、オーディオ信号を入力する入力過程と、符号化された符号化情報を取得する取得過程と、前記入力過程において入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出過程と、前記抽出過程において抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得過程において取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト過程と、前記周波数シフト過程において周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整過程と、前記レベル調整過程において出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力過程において入力されたオーディオ信号に重畳する重畳過程とを備えることを特徴とする変調方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、オーディオ信号を入力する入力過程と、前記入力過程において入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出過程と、前記検出過程において選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成過程とを備えることを特徴とする復調方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な処理によって変調時に発生する雑音を大幅に低減することができるとともに、通信時の制限の少ない変調装置、復調装置、情報伝達システム、変調方法および復調方法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】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
＜実施形態＞
本発明の実施形態に係る情報伝達システム１０は、図１に示すように、外部装置などから送信すべき伝送情報が入力されるとともに、外部装置などからオーディオ信号Ｓａが入力され、オーディオ信号Ｓａを伝送情報に応じて変調した信号（以下、変調オーディオ信号Ｓｅという）を出力する変調装置１、変調装置１から出力される変調オーディオ信号Ｓｅを放音するスピーカ２、スピーカ２によって放音された変調オーディオ信号Ｓｅを収音するマイクロフォン３、マイクロフォン３によって収音された変調オーディオ信号Ｓｅを復調することにより伝送情報を受信する復調装置４を有する。以下、変調装置１、復調装置４の構成について順に説明する。
【００１６】
まず、変調装置１の構成について、図２を用いて説明する。以下に説明する構成については、ハードウエアにより実現してもよいし、図示しないコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が制御プログラムを実行して、以下に説明する機能の一部または全部を実現するようにしてもよい。
【００１７】
ＬＰＦ１１０は、オーディオ信号Ｓａが入力され、予め設定されたカットオフ周波数以上の高周波数帯域を減衰させることにより、高周波数帯域の成分を除去して出力する低域通過フィルタである。この高周波数帯域の一部が、後述するように、変調した信号が重畳される周波数帯域となるものであり、この例においては、カットオフ周波数は１０ｋＨｚに設定されている。以下、ＬＰＦ１１０から出力される高周波数帯域の成分が除去されたオーディオ信号をオーディオ信号Ｓｂという。
【００１８】
ＨＰＦ１２０は、ＬＰＦ１１０からオーディオ信号Ｓｂが入力され、予め設定されたカットオフ周波数以下の低周波数帯域を減衰させて出力する高域通過フィルタである。この例においては、カットオフ周波数は６ｋＨｚに設定されている。したがって、ＨＰＦ１２０から出力されるオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｃという）は、オーディオ信号Ｓａの周波数帯域のうち、概ね６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を有するオーディオ信号として抽出されたものである。
【００１９】
符号化器１３０は、伝送情報が入力され、この伝送情報を符号化した符号化情報を切替器１５０に出力する。この例においては、符号化情報は、伝送情報を「０」、「１」の１ビット２値のシンボルに符号化した情報である。なお、この符号化においては、インターリーブ、誤り訂正符号の付加などの処理を行なってもよい。ここで、１ビットあたりの時間は予め設定された時間であり、すなわち予め定められたビットレートの符号化情報が生成される。
【００２０】
キャリア周波数発生部１４０は、キャリア周波数発生器Ａ１４１とキャリア周波数発生器Ｂ１４２とを有し、それぞれ、テーブル、関数演算などを行うことにより、予め設定された異なる周波数の正弦波のキャリア信号ｆａ、ｆｂを生成し、切替器１５０に出力する。そして、切替器１５０は、符号化器１３０から出力される符号化情報を取得し、その符号化情報に応じて、入力されるキャリア信号ｆａ、ｆｂのいずれかを選択し、切り替えて出力する。この例においては、符号化情報が示すシンボルが「０」である場合には、キャリア信号ｆａを出力し、シンボルが「１」である場合には、キャリア信号ｆｂを出力する。
【００２１】
ここで、キャリア信号ｆａとキャリア信号ｆｂとが切り替わるときの切替器１５０からの出力波形の不連続点が発生しないように、切り替え時点において切り替え前後のキャリア信号ｆａ、ｆｂ双方の位相が一致するように周波数を設定してもよい。ここで、符号化情報の伝送符号１ビットあたりの時間は決まっているから、切り替わるタイミングはその時間の整数倍の時間に固定されている。例えば、サンプリングレートが４４．１ｋＨｚであるときに、１ビットあたりの時間が８８サンプルとして設定されているものとする。
【００２２】
このとき、キャリア信号ｆａの１周期を１１サンプル（周波数は概ね４ｋＨｚ、以下、省略して４ｋＨｚとする）とし、キャリア信号ｆｂの１周期を８サンプル（周波数は概ね５．５ｋＨｚ、以下、省略して５．５ｋＨｚとする）とすると、１ビットあたりキャリア信号ｆａはちょうど８周期、キャリア信号ｆｂはちょうど１１周期となり、切り替わるときには位相が一致するため、波形の連続性を保つことができる。このように設定されたキャリア信号ｆａ、ｆｂを、符号化情報「０１０１０１」により８８サンプルごとに切り替えた場合の切替器１５０からの出力信号を図３に示す。
【００２３】
キャリア周波数発生器Ａ１４１、キャリア周波数発生器Ｂ１４２に、上述のようにして決定される周波数を設定しておくことにより、切替器１５０における切替時の波形の連続性を保つことができるから、後述するように出力される変調オーディオ信号Ｓｅについて、切替器１５０におけるキャリア信号ｆａ、ｆｂの切替時にノイズが発生する可能性を抑えることができ、聴感上望ましい。この例においては、キャリア周波数発生器Ａ１４１には、周波数として４ｋＨｚが設定され、キャリア周波数発生器Ｂ１４２には、周波数として５．５ｋＨｚが設定されているものとする。したがって、キャリア信号ｆａの周波数は４ｋＨｚ、キャリア信号ｆｂの周波数は５．５ｋＨｚとなっている。
【００２４】
乗算器１６０は、ＨＰＦ１２０から出力されるオーディオ信号Ｓｃと切替器１５０から出力されるキャリア信号ｆａまたはキャリア信号ｆｂと乗算する。これにより、乗算器１６０は、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分を、乗算されるキャリア信号の周波数だけ上側の周波数帯域にシフトさせるとともに、下側の周波数帯域にもシフトさせる。具体的には、キャリア信号ｆａと乗算された場合には、キャリア信号ｆａの周波数は４ｋＨｚであるから、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分は、６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域から、２ｋＨｚ〜６ｋＨｚの周波数帯域および１０ｋＨｚから１４ｋＨｚの周波数帯域の２つの周波数帯域にシフトする。一方、キャリア信号ｆｂと乗算された場合には、キャリア信号ｆａの周波数は５．５ｋＨｚであるから、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分は、６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域から、０．５ｋＨｚ〜４．５ｋＨｚの周波数帯域および１１．５ｋＨｚから１５．５ｋＨｚの周波数帯域の２つの周波数帯域にシフトする。ここで、上側にシフトされる周波数帯域については、ＬＰＦ１１０において成分が除去される周波数帯域になるように、ＬＰＦ１１０に設定されるカットオフ周波数、キャリア周波数発生器Ａ１４１およびキャリア周波数発生器Ｂ１４２に設定される周波数が、それぞれ定められている。
【００２５】
ＨＰＦ１７０は、乗算器１６０によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号に対して、下側の周波数帯域の成分を除去し、上側の周波数帯域の成分だけを通過させる高域通過フィルタである。このように、下側の周波数帯域の成分だけを除去できればよいから、カットオフ周波数は、６ｋＨｚから１０ｋＨｚの間、例えば８ｋＨｚとしておけばよい。このようにして下側の周波数帯域の成分が除去され、上側にシフトした周波数帯域の成分だけを有するオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｄという）を出力する。
【００２６】
ＢＰＦ１０１は、オーディオ信号Ｓａが入力され、あらかじめ設定された中心周波数とバンド幅に応じた所定の周波数帯域を通過させ、所定の周波数帯域成分を有するオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｔという）を出力する帯域通過フィルタである。この例においては、通過させる所定の周波数帯域は、ＬＰＦ１１０におけるカットオフ周波数近傍の９ｋＨｚから１０ｋＨｚである。なお、この上限周波数をＬＰＦ１１０におけるカットオフ周波数と同じにするときには、このＢＰＦ１０１は、ＬＰＦ１１０から出力されるオーディオ信号Ｓｂが入力されてもよく、この場合は、ＢＰＦ１０１は、カットオフ周波数が９ｋＨｚである高域通過フィルタにより代用することも可能である。
【００２７】
遅延回路１０２は、ＢＰＦ１０１から出力されるオーディオ信号Ｓｔに対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、ＬＰＦ１１０、ＨＰＦ１２０、乗算器１６０およびＨＰＦ１７０における処理時間の合計からＢＰＦ１０１における処理時間を引いた時間として設定されている。このように遅延させることにより、後述するレベル検出器１０３に入力されるオーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔについて、オーディオ信号Ｓａが入力されてからの各処理時間のずれを調整して、時間的なずれが無いものとすることができる。
【００２８】
レベル検出器１０３は、オーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔとが入力され、それぞれの出力レベルを絶対値処理、二乗演算などによって測定し、これらの出力レベル比（この例においては、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルに対するオーディオ信号Ｓｔの出力レベルの比）を算出する。そして、レベル検出器１０３は、算出した出力レベル比を示すレベル比データを出力する。
【００２９】
遅延回路１０４は、ＨＰＦ１７０から出力されるオーディオ信号Ｓｄに対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、レベル検出器１０３における処理時間として設定されている。このように遅延させることにより、ＨＰＦ１７０から出力されるオーディオ信号Ｓｄがレベル検出器１０３に出力されてからレベル比データが出力されるまでの処理時間を調整し、後述するレベル調整器１０５に入力されるオーディオ信号Ｓｄと、レベル検出器１０３から出力されるレベル比データが示す出力レベル比の算出に用いられるオーディオ信号Ｓｄとの時間的なずれが無いものとすることができる。
【００３０】
レベル調整器１０５は、遅延回路１０４によって遅延処理がなされたオーディオ信号Ｓｄが入力され、レベル検出器１０３から出力されるレベル比データが示す出力レベル比に応じて、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを調整し、出力レベルを調整したオーディオ信号（以下、オーディオ信号Ｓｕという）を出力する。
【００３１】
この例においては、レベル調整器１０５は、入力されたレベル比データが示す出力レベル比が大きいほど、すなわち、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルがオーディオ信号Ｓｔの出力レベルに比べて大きくなるほど、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを低減するように調整する。
【００３２】
遅延回路１８０は、ＬＰＦ１１０から出力されるオーディオ信号Ｓｂに対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、ＨＰＦ１２０、乗算器１６０、ＨＰＦ１７０、遅延回路１０４およびレベル調整器１０５における処理時間を合計した時間として設定されている。このように遅延させることにより、オーディオ信号Ｓｂに対して上記の周波数をシフトさせる処理が行われてオーディオ信号Ｓｕが出力されるまでの処理時間のずれを調整して、オーディオ信号Ｓｂとオーディオ信号Ｓｕとの時間的なずれが無いものとすることができる。
【００３３】
加算器１９０は、遅延回路１８０において遅延されたオーディオ信号Ｓｂと、レベル調整器１０５から出力されたオーディオ信号Ｓｕとを加算することによって重畳したオーディオ信号（以下、変調オーディオ信号Ｓｅという）を出力する。このようにして加算器１９０から出力された変調オーディオ信号Ｓｅは、必要に応じてＤ／Ａ変換、増幅処理などが施されスピーカ２に出力される。そして、スピーカ２から変調オーディオ信号Ｓｅが放音される。
【００３４】
このとき、レベル調整器１０５において、上側にシフトした周波数帯域の成分だけを有するオーディオ信号Ｓｄの出力レベルが調整されているから、その周波数帯域成分の出力レベルは、オーディオ信号Ｓａにおけるその周波数帯域成分の出力レベルと近いものとなる。したがって、変調オーディオ信号Ｓｅとオーディオ信号Ｓａとの周波数分布が近いものとなり、聴感上の違和感を低減することができる。以上が変調装置１の構成についての説明である。
【００３５】
次に、変調装置１の動作について、入力されるオーディオ信号Ｓａが変調オーディオ信号Ｓｅとして放音されるまでの周波数分布の変化を示す図４を用いて説明する。
【００３６】
オーディオ信号Ｓａは、図４（ａ）に示す周波数分布であるとする。このオーディオ信号Ｓａは、ＬＰＦ１１０によって、１０ｋＨｚ以上の周波数帯域の成分が除去されるから、ＬＰＦ１１０から出力されるオーディオ信号Ｓｂは、図４（ｂ）に示すような周波数分布となる。次に、オーディオ信号Ｓｂは、ＨＰＦ１２０によって、６ｋＨｚ以下の周波数帯域の成分が除去されるから、ＨＰＦ１２０から出力されるオーディオ信号Ｓｃは、図４（ｃ）に示すような６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を有する周波数分布となる。
【００３７】
そして、入力される伝送情報は符号化器１３０によって符号化された符号化情報として出力され、その内容に応じてキャリア信号ｆａまたはキャリア信号ｆｂが切り替えられながら乗算器１６０に出力される。これにより、乗算器１６０において、オーディオ信号Ｓｃの６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分が上下側にシフトされ、ＨＰＦ１７０において、下側にシフトされた周波数帯域の成分が除去される。このようにしてＨＰＦ１７０から出力されるオーディオ信号Ｓｄは図４（ｄ）に示すような周波数分布となる。ここで、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）とは、それぞれキャリア信号ｆａ、ｆｂにより周波数帯域の成分がシフトされたオーディオ信号Ｓｄを示し、破線で示した周波数分布については、ＨＰＦ１７０において除去された周波数帯域の成分を示している。
【００３８】
一方、オーディオ信号Ｓａは、ＢＰＦ１０１によって９ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域以外の成分が除去されるから、ＢＰＦ１０１から出力されるオーディオ信号Ｓｔは、図４（ｆ）に示すような周波数分布となる。そして、レベル検出器１０３は、オーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔとの出力レベル比を算出する。レベル調整器１０５は、この出力レベル比に応じて、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）の出力レベルを調整したオーディオ信号Ｓｕ（０）、Ｓｕ（１）を出力する。
【００３９】
このようにしてレベル調整器１０５から出力されたオーディオ信号Ｓｕは、遅延回路１８０において遅延処理されたオーディオ信号Ｓｂと加算器１９０において加算されるから、加算器１９０から出力される変調オーディオ信号Ｓｅは、図４（ｅ）に示すような周波数分布となる。ここで、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）、Ｓｅ（１）とは、それぞれオーディオ信号Ｓｕ（０）、Ｓｕ（１）とオーディオ信号Ｓｂとを加算した変調オーディオ信号Ｓｅを示す。また、破線については、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）の出力レベルが調整されていない場合を示している。このように、オーディオ信号Ｓｂに加算されるオーディオ信号Ｓｕは、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを低減する調整が行われたものであり、この例においては、１０ｋＨｚにおけるオーディオ信号Ｓｂの出力レベルとオーディオ信号Ｓｕ（０）の出力レベルとが概ね同じになるように調整されている。
【００４０】
このようにして、入力されたオーディオ信号Ｓａは、符号化器１３０によって出力される符号化情報の「０」、「１」に対応して、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）、Ｓｅ（１）に変調されることになる。すなわち、オーディオ信号Ｓａの６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を、符号化情報の「０」「１」に応じたシフト量で高周波数帯域へシフトさせて、その出力レベルを調整して重畳する変調を行う。また、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを、オーディオ信号Ｓｄとオーディオ信号Ｓｔとの出力レベル比に応じて調整することにより、変調オーディオ信号Ｓｅの聴感上の違和感を少なくすることができる。以上が変調装置１の動作についての説明である。
【００４１】
次に、復調装置４の構成について、図５を用いて説明する。以下に説明する構成については、ハードウエアにより実現してもよいし、図示しないコンピュータのＣＰＵが制御プログラムを実行して、以下に説明する機能の一部または全部を実現するようにしてもよい。
【００４２】
再変調器４１０は、マイクロフォン３において収音された変調オーディオ信号Ｓｅが入力される。再変調器４１０は、図６に示すような構成であり、以下、その構成について説明する。
【００４３】
再変調器４１０は、ＢＰＦ４１１、４１２、４１３、加算器４１４、４１５、レベル検出器４１６、４１７、レベル調整器４１８、４１９および遅延回路４１１０、４１２０、４１３０を有する。ＢＰＦ４１１、４１２、４１３は、それぞれ異なる中心周波数が予め設定された帯域通過フィルタである。そして、ＢＰＦ４１１、４１２、４１３は、変調オーディオ信号Ｓｅが入力され、変調オーディオ信号Ｓｅの周波数帯域のうち、それぞれに設定された中心周波数近傍の周波数帯域以外の周波数帯域を除去した信号を出力する。
【００４４】
ＢＰＦ４１１は、変調装置１に係るオーディオ信号Ｓｃの周波数帯域（６ｋＨｚから１０ｋＨｚ）のいずれかの周波数（この例においては、６．５ｋＨ）が中心周波数として設定される。ＢＰＦ４１２は、ＢＰＦ４１１に設定される中心周波数に変調装置１に係るキャリア信号ｆａの周波数を加算した周波数、すなわち、この例においては、１０．５ｋＨｚが中心周波数として設定される。また、ＢＰＦ４１３は、ＢＰＦ４１１に設定される中心周波数に変調装置１に係るキャリア信号ｆｂの周波数を加算してシフトさせた周波数、すなわち、この例においては、１２ｋＨｚが中心周波数として設定される。なお、ＢＰＦ４１１、４１２、４１３それぞれのバンド幅は適宜設定すればよいが、すべて同じバンド幅であることが望ましい。
【００４５】
レベル検出器４１６は、ＢＰＦ４１１から出力された信号およびＢＰＦ４１２から出力された信号の出力レベルを測定し、その出力レベル比を算出する。この例においては、レベル検出器４１６は、ＢＰＦ４１１から出力された信号の出力レベルに対するＢＰＦ４１２から出力された信号の出力レベルの出力レベル比を算出し、算出した出力レベル比を示すレベル比データを出力する。
【００４６】
レベル検出器４１７は、ＢＰＦ４１１から出力された信号とＢＰＦ４１３から出力された信号との出力レベルを測定し、その出力レベル比を算出する。この例においては、レベル検出器４１７は、ＢＰＦ４１１から出力された信号の出力レベルに対するＢＰＦ４１３から出力された信号の出力レベルを示す出力レベル比を算出し、算出した出力レベル比を示すレベル比データを出力する。
【００４７】
遅延回路４１２０は、ＢＰＦ４１２から出力される信号に対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、レベル検出器４１６における処理時間として設定されている。このように遅延させることにより、ＢＰＦ４１２から出力される信号がレベル検出器４１６に出力されてからレベル比データが出力されるまでの処理時間を調整し、後述するレベル調整器４１８に入力されるＢＰＦ４１２からの信号と、レベル検出器４１６から出力されるレベル比データが示す出力レベル比の算出に用いられるＢＰＦ４１２からの信号との時間的なずれが無いものとすることができる。
【００４８】
遅延回路４１３０は、ＢＰＦ４１３から出力される信号に対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行ってレベル調整器４１９に出力すること以外は、遅延回路４１２０と同様であるため説明を省略する。
【００４９】
レベル調整器４１８は、遅延回路４１２０によって遅延処理がなされた信号が入力され、レベル検出器４１６から出力されるレベル比データが示す出力レベル比に応じて、遅延回路４１２０からの信号の出力レベルを調整して出力する。例えば、出力レベル比が小さい、すなわちＢＰＦ４１２からの信号の出力レベルがＢＰＦ４１１からの信号の出力レベルに比べて小さいほど、遅延回路４１２０からの信号の出力レベルを大きくするように調整する。
【００５０】
また、レベル調整器４１９は、遅延回路４１３０によって遅延処理がなされた信号が入力され、レベル検出器４１７から出力されるレベル比データが示す出力レベル比に応じて、遅延回路４１３０からの信号の出力レベルを調整して出力する。調整の態様は、レベル調整器４１８と同様にすればよい。このようにして、レベル調整器４１８、４１９において出力レベルが調整されることにより、ＢＰＦ４１１から出力される信号の出力レベルと、ＢＰＦ４１２、４１３から出力される信号の出力レベルとを、概ね一致させることができる。
【００５１】
遅延回路４１１０は、ＢＰＦ４１１から出力される信号に対して、予め設定された遅延時間の遅延処理を行って出力する。この遅延時間は、ＢＰＦ４１２、遅延回路４１２０およびレベル調整器４１８における処理時間を合計した時間からＢＰＦ４１１における処理時間を引いた時間として設定されている。このように遅延させることにより、変調オーディオ信号Ｓｅが入力されてから、ＢＰＦ４１１において処理されて加算器４１４に出力されるまでの処理時間と、ＢＰＦ４１２において処理されて加算器４１４に出力されるまでの処理時間とを調整し、ＢＰＦ４１１からの信号とＢＰＦ４１２からの信号との時間的なずれが無いものとすることができる。ここで、ＢＰＦ４１２、遅延回路４１２０およびレベル調整器４１８における処理時間の合計と、ＢＰＦ４１３、遅延回路４１３０およびレベル調整器４１９における処理時間の合計とは同じ時間であるものとする。なお、双方の処理時間が異なる場合には、処理時間が長い方を基準として、短い方の処理経路に遅延回路を設けることで、処理時間を合わせるようにすればよい。
【００５２】
加算器４１４は、遅延回路４１１０およびレベル調整器４１８から出力された信号を加算し、加算した出力信号Ｓｆ１を出力する。これにより、双方の信号の相関関係を検出することができる。すなわち、ＢＰＦ４１１、４１２に設定された中心周波数は、キャリア信号ｆａの周波数の４ｋＨｚずれた関係にある。ここで、変調オーディオ信号Ｓｅのうち、符号化情報「０」に対応する変調オーディオ信号Ｓｅ（０）については、上述したように、その６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分が４ｋＨｚ上側にシフトさせた１０ｋＨｚから１４ｋＨｚの周波数帯域に重畳されている。したがって、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）が再変調器４１０に入力されている間は、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）のうち６．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号と、さらに４ｋＨｚ上側の１０．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号とは、周波数帯域がシフトされただけの関係であり強い相関関係をもつから、これらの信号を加算した出力信号Ｓｆ１は、４ｋＨｚの強い振幅のうねりを持った信号となる。ここで、上述したように、レベル調整器４１８において、ＢＰＦ４１２からの信号の出力レベルが調整されているから、出力信号Ｓｆ１は、振幅のうねりがはっきりした信号となる。
【００５３】
一方、変調オーディオ信号Ｓｅのうち、符号化情報「１」に対応する変調オーディオ信号Ｓｅ（１）については、上述したように、その６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分が５．５ｋＨｚ上側にシフトさせた１１．５ｋＨｚから１５．５ｋＨｚの周波数帯域に重畳されている。したがって、変調オーディオ信号Ｓｅ（１）が再変調器４１０に入力されている間は、変調オーディオ信号Ｓｅ（１）のうち６．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号と、さらに４ｋＨｚ上側の１０．５ｋＨｚ近傍の周波数帯域の信号とは、周波数帯域がシフトされた関係ではなく（５．５ｋＨｚではない）、強い相関を持たないから、これらの信号を加算した出力信号Ｓｆ１は、強い振幅のうねりを持たない信号となる。
【００５４】
加算器４１５は、遅延回路４１１０およびレベル調整器４１９から出力された信号を加算し、加算した出力信号Ｓｆ２を出力する。ＢＰＦ４１１、４１３に設定された中心周波数は、キャリア信号ｆｂの周波数の５．５ｋＨｚずれた関係にある。したがって、上述の理由と同様に、変調オーディオ信号Ｓｅ（０）が再変調器４１０に入力されている間は、出力信号Ｓｆ２は、強い振幅のうねりを持たない信号となる一方、変調オーディオ信号Ｓｅ（１）が再変調器４１０に入力されている間は、出力信号Ｓｆ２は、５．５ｋＨｚの強い振幅のうねりを持った信号となる。
【００５５】
このようにして再変調器４１０から出力される出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２について図７に示す。この図７においては、再変調器４１０に入力される変調オーディオ信号Ｓｅは、符号化情報が「０１０１０１０１」に対応したもの、すなわち変調オーディオ信号Ｓｅ（０）、Ｓｅ（１）が交互に入力されているものとしている。また、図７（ａ）は出力信号Ｓｆ１を示し、図７（ｂ）は出力信号Ｓｆ２を示している。以上が、再変調器４１０の構成の説明である。
【００５６】
キャリア成分検出器４２０は、出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２が入力される。キャリア成分検出器４２０は、入力される出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２の振幅のうねりから、キャリア周波数成分を検波するものであり、図８に示すような構成である。以下、その構成について説明する。
【００５７】
キャリア成分検出器４２０は、整流器４２１、４２２、ＢＰＦ４２３、４２４を有している。整流器４２１、４２２は、それぞれ出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２が入力され、絶対値処理、二乗演算などにより整流を行って、ＢＰＦ４２３、４２４に出力する。
【００５８】
ＢＰＦ４２３、４２４は、帯域通過フィルタであり、中心周波数は、それぞれキャリア信号ｆａの周波数４ｋＨｚ、キャリア周波数ｆｂの周波数５．５ｋＨｚとして予め設定されている。したがって、ＢＰＦ４２３、４２４から出力される出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２は、出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２のキャリア周波数成分（Ｓｆ１に対しては４ｋＨｚ、Ｓｆ２に対しては５．５ｋＨｚ）を抽出した信号となる。このようにして、キャリア成分検出器４２０は、再変調器４１０から入力される出力信号Ｓｆ１，Ｓｆ２からキャリア周波数成分を抽出した出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を出力する。
【００５９】
図９は、図７に示すような出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２がキャリア成分検出器４２０に入力され、キャリア成分検出器４２０から出力される出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を示している。ここで、図９（ａ）は出力信号Ｓｇ１、図９（ｂ）は出力信号Ｓｇ２を示している。以上が、キャリア成分検出器４２０の構成の説明である。
【００６０】
レベル検出器４３０は、出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が入力される。レベル検出器４３０は、入力される出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２のエンベロープを検出し、レベル値として出力するものであり、図１０に示すような構成である。以下、その構成について説明する。
【００６１】
レベル検出器４３０は、整流器４３１、４３２、ＬＰＦ４３３、４３４を有している。整流器４３１、４３２は、それぞれ出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が入力され、絶対値処理、二乗演算などにより整流を行って、ＬＰＦ４３３、４３４に出力する。ＬＰＦ４３３、４３４は、予めカットオフ周波数が設定された低域通過フィルタであり、それぞれ整流器４３１、４３２から入力される信号を平滑化して、レベル値を示す出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２を出力する。予め設定されたカットオフ周波数は、平滑化を目的としているから、伝送符号１ビットあたりの時間に応じて符号化された伝送情報が消失しない程度に設定すればよい。なお、レベル検出器４３０は、交流信号からレベル値を算出できる方法であれば、これ以外の構成、例えばピーク検出とディケイ演算による構成などを用いてもよい。
【００６２】
図１１は、図９に示すような出力信号Ｓｇ１、Ｓｇ２がレベル検出器４３０に入力され、レベル検出器４３０から出力される出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２を示している。ここで、実線は出力信号Ｓｈ１、破線は出力信号Ｓｈ２を示している。以上が、レベル検出器４３０の構成の説明である。
【００６３】
加算器４４０は、出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２が入力され、出力信号Ｓｈ１と出力信号Ｓｈ２との差分を示す出力信号Ｓｉを出力する。図１２は、図１１に示すような出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２が加算器４４０に入力され、加算器４４０から出力される出力信号Ｓｉ（破線）を示している。
【００６４】
移動平均算出器４５０は、出力信号Ｓｉが入力され、出力信号Ｓｉの移動平均を算出する。移動平均算出器４５０は、例えばＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成され、フィルタのタップ長は伝送符号１ビットあたりの時間に相当するようにし、中心から前後方向に平均をとるように構成される。これによって、キャリア周波数成分のレベル値の差分である出力信号Ｓｉは、伝送符号１ビットあたりの時間で平均化されて出力される。
【００６５】
ＤＣカットフィルタ４６０は、移動平均算出器４５０において平均化された出力信号Ｓｉが入力され、直流成分、またはそれに近い不要な低域変動成分を除去した出力信号Ｓｊ（図１２参照：一点鎖線）を出力する。これは、例えば、高域通過フィルタによって構成され、カットオフ周波数は、伝送符号１ビットあたりの時間などに応じて、符号化された伝送情報が消失しないように設定されればよい。
【００６６】
正負符号判定器４７０は、出力信号Ｓｊが入力され、出力信号Ｓｊが正の場合には「＋１」、負の場合には「−１」に対応するレベルの出力信号Ｓｋ（図１２参照：実線）を出力する。
【００６７】
復号化器４８０は、出力信号Ｓｋが入力され、適宜決定される基準タイミング（この例においては、最初に出力信号Ｓｋのレベルが変化したことを認識したタイミング）からの伝送符号１ビットあたりの時間で累積加算して、その時間毎に正負を判定する。そして、その結果が正であれば、変調オーディオ信号Ｓｅに対応する符号が「０」すなわち変調オーディオ信号Ｓｅ（０）を受信したものとして認識し、負であれば、変調オーディオ信号Ｓｅに対応する符号が「１」すなわち変調オーディオ信号Ｓｅ（１）を受信したものとして認識する。すなわち、再変調器４１０における信号の相関関係の検出結果に応じて、オーディオ信号Ｓｃの周波数帯域の成分の周波数帯域のシフト量が４ｋＨｚであったか５．５ｋＨｚであったかを認識して、いずれかを選択することができる。このようにしてシフト量を選択した結果、変調装置１から送信された伝送情報に係る符号化情報は、図１３に示すような「０１０１０１０１」を示す符号化情報として復調される。
【００６８】
そして、復号化器４８０は、復調された符号化情報を復号化した受信情報を出力する。なお、変調装置１において、インターリーブ、誤り訂正などの処理がなされているときには、その処理に応じた復号化を行なえばよい。以上が、復調装置４の構成についての説明である。
【００６９】
このように、本発明の実施形態に係る情報伝達システム１０は、変調装置１において、入力されるオーディオ信号Ｓａの高周波数帯域の成分を除去し、除去した周波数帯域に、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を伝送情報に係る符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトして重畳することにより変調した変調オーディオ信号Ｓｅを放音することができる。一方、復調装置４においては、収音した変調オーディオ信号Ｓｅから周波数のシフト量を認識して符号化情報に復調することができる。
【００７０】
そのため、情報の伝達の際に放音される変調オーディオ信号Ｓｅを聞いたとしても、変調に係る聴感上の違和感を低減することができる。このとき、周波数シフトされたオーディオ信号Ｓｄについて、出力レベルの調整を行って、元のオーディオ信号Ｓａの周波数分布に近いものとしているから、調整を行わない場合よりも聴感上の違和感をさらに低減することができる。また、入力されるオーディオ信号Ｓａがもともと高周波数帯域の成分を含まないものであれば、変調による帯域拡張処理で、周波数特性が高周波数帯域へも広がったような聴感改善効果も得られる。さらに、キャリア信号ｆａ、ｆｂの切替時に位相を一致させることにより、切替時における雑音の発生を抑えることもできる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
【００７２】
＜変形例１＞
上述した実施形態における変調装置１の変調処理、また復調装置４の復調処理については、別の態様の処理により行ってもよい。例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を用いればよい。この場合には、変調装置１は図１４のような構成とし、復調装置４については図１５のような構成とすればよい。以下、それぞれの構成について順に説明する。
【００７３】
まず、本変形例に係る変調装置１について図１４を用いて説明する。ＦＦＴ部１０１０は、入力されるオーディオ信号ＳａについてＦＦＴ処理を施し、周波数領域のスペクトルＳｐに変換する。符号化器１０２０については、実施形態における符号化器１３０と同様に、入力される伝送情報を符号化情報に変換する。
【００７４】
複製部１０３０は、ＦＦＴ部１０１０から入力されるスペクトルＳｐの高周波数帯域の成分を除去し、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を、符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトさせて、除去した高周波数帯域に重畳する。例えば、１０ｋＨｚ以上の周波数帯域の成分を除去し、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域である６ｋＨｚから１０ｋＨｚの周波数帯域の成分を１０ｋＨｚ以上の周波数帯域に周波数シフトさせて重畳する。このときの周波数のシフト量は、入力される符号化情報が「０」である場合には＋４ｋＨｚ、「１」である場合には＋５．５ｋＨｚとする。そして、このようにして処理されたスペクトルＳｑを出力する。なお、除去する周波数帯域は、重畳する部分のみとしてもよい。すなわち、重畳する際に元のスペクトルと置き換えるようにすればよい。
【００７５】
ここで、高周波数帯域に重畳するときには、元のスペクトルＳｐにおいて、除去する前の高周波数帯域成分の出力レベルを記憶しておき、その出力レベルに概ね一致するように重畳する周波数帯域成分の出力レベルを調整する。この調整は、各周波数における出力レベルを調整することにより、スペクトルの形状を一致させるような調整であってもよいし、周波数シフトさせる周波数帯域の出力レベルを全体として増減させるような調整としてもよい。このようにすると、スペクトルＳｑとスペクトルＳｐとは除去されている周波数帯域を除いて出力レベルが概ね一致したものとなる。
【００７６】
逆ＦＦＴ部１０４０は、複製部１０３０から入力されるスペクトルＳｑに対して逆ＦＦＴ処理を施すことにより、変調オーディオ信号Ｓｅに変換して出力する。このような構成によっても、実施形態と同様な変調オーディオ信号Ｓｅを出力することができる。以上が、本変形例における変調装置１の構成の説明である。
【００７７】
次に、本変形例に係る復調装置４について図１５を用いて説明する。ＦＦＴ部４０１０は、変調オーディオ信号Ｓｅが入力され、ＦＦＴ処理を施して周波数領域のスペクトルＳｒに変換して出力する。
【００７８】
判定部４０２０は、ＦＦＴ部４０１０から入力されるスペクトルＳｒのうち、６ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域のスペクトル（以下、スペクトルＡという）と、１０ｋＨｚ〜１４ｋＨｚの周波数帯域のスペクトル（以下、スペクトルＢという）または１１．５ｋＨｚ〜１５．５ｋＨｚの周波数帯域のスペクトル（以下、スペクトルＣという）とを比較して、スペクトルＢとスペクトルＣのどちらがスペクトルＡに近いスペクトル形状であるかを判定する。このとき、スペクトルＡの出力レベルとスペクトルＢ、Ｃの出力レベルの比を調整してから判定してもよい。この判定は、スペクトル形状の類似度などの相関関係から判定すればよい。そして、スペクトルＢと判定された期間においては「＋１」、スペクトルＣと判定された期間においては「−１」に対応する出力信号Ｓｋを出力する。この出力信号Ｓｋは、実施形態における出力信号Ｓｋと同様な信号である。
【００７９】
復号化器４０３０は、実施形態における復号化器４８０と同様に、入力される出力信号Ｓｋから符号化情報に復調し、符号化情報を復号化した受信情報を出力する。以上が、本変形例における復調装置４の構成の説明である。
【００８０】
このように、変調装置１は、入力されるオーディオ信号Ｓａの高周波数帯域の成分を除去し、除去した周波数帯域に、残存する周波数帯域の一部の周波数帯域の成分を伝送情報に係る符号化情報に応じたシフト量で周波数シフトして重畳することにより変調した変調オーディオ信号Ｓｅを放音することができれば、どのような構成であってもよい。また、復調装置４においては、収音した変調オーディオ信号Ｓｅから周波数のシフト量を認識して符号化情報に復調することができれば、どのような構成としてもよい。なお、変調装置１と復調装置４の双方が本変形例の構成として、情報伝達システム１０を構成するだけでなく、変調装置１または復調装置４のいずれかが、本変形例の構成であり、他方が実施形態の構成として、情報伝達システム１０を構成してもよい。
【００８１】
＜変形例２＞
上述した実施形態においては、高周波数帯域に重畳するための残存する周波数帯域の一部の周波数帯域は、ＬＰＦ１１０とＨＰＦ１２０との組み合わせにより、双方のカットオフ周波数の間の周波数帯域となっていた。したがって、その周波数帯域の上限周波数は、重畳のために除去される高周波数帯域の下限周波数と同じ周波数になっていたが、高周波数帯域に重畳するための残存する周波数帯域の一部の周波数帯域については、必ずしもこのような態様でなくてもよくてもよい。例えば、高周波数帯域に重畳するための残存する周波数帯域の一部の周波数帯域については、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）などを用いて、６ｋＨｚ〜９ｋＨｚの周波数帯域の成分を抽出するようにしてもよい。このように、残存する周波数帯域の一部であれば、どの周波数帯域を周波数シフトして、高周波数帯域に重畳するようにしてもよい。なお、周波数帯域の帯域幅についても、どのような帯域幅としてもよい。
【００８２】
また、入力されるオーディオ信号Ｓａの周波数帯域のうち、重畳すべき周波数帯域の成分が無い場合はＬＰＦ１１０を用いず、所定の周波数以上の周波数帯域の成分を除去しなくてもよい。この場合には、本変形例のようにしてＢＰＦを用いて、所定の周波数以上の周波数帯域に重畳すべき成分を抽出するようにすればよい。
【００８３】
＜変形例３＞
上述した実施形態においては、キャリア周波数発生部１４０については、キャリア周波数が異なる２つのキャリア周波数発生器Ａ１４１とキャリア周波数発生器Ｂ１４２とを有していたが、さらに多くのキャリア周波数発生器を有するようにしてもよい。そして、生成するキャリア信号の周波数がそれぞれ異なるようにし、それぞれの周波数を実施形態において説明したように、キャリア信号が切り替わるときの切替器１５０からの出力波形について不連続点が発生しないように、切り替え時においてキャリア信号ｆａ、ｆｂ双方の位相が一致するように設定してもよい。
【００８４】
このようにすると、符号化情報は、そのシンボルが「０」「１」だけでなく、さらに多値化することができ、キャリア周波数発生器が４つあれば、「００」「０１」「１０」「１１」と、同時に２ビットずつ送信することができる。
【００８５】
この場合、復調装置４における各構成については、キャリア周波数発生器の数（この例においては４つ）に対応して、変更するようにすればよい。具体的には、再変調器４１０は、ＢＰＦ４１１に設定された中心周波数に各キャリア信号の周波数を加算した周波数を中心周波数として設定したＢＰＦ４１２、４１３、４１４、４１５（図示略）を設け、それぞれの出力をＢＰＦ４１１の出力と加算した出力信号Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３、Ｓｆ４を出力するようにする。そして、キャリア成分検出器４２０、レベル検出器４３０において各出力信号を実施形態と同様な処理を施し、出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２、Ｓｈ３、Ｓｈ４が出力される。
【００８６】
そして、実施形態における加算器４４０、移動平均算出器４５０、ＤＣカットフィルタ４６０、正負符号判定器４７０、復号化器４８０における処理に対応して、出力信号Ｓｈ１、Ｓｈ２、Ｓｈ３、Ｓｈ４のうち、最大のレベルの出力信号を検出すればよい。そして、検出した出力信号が出力信号Ｓｈ１であれば、変調装置１における周波数のシフト量が、ＢＰＦ４１２に設定された中心周波数の、ＢＰＦ４１１に設定された中心周波数に対するシフト量であるものとして選択することができる。したがって、その検出している期間は、符号化情報が、選択されたシフト量に対応するシンボル、例えば「００」であるものとすることができる。このようにすれば、符号化器１３０から出力される符号化情報のビットレートを向上させることができる。
【００８７】
＜変形例４＞
上述した実施形態においては、変調装置１と復調装置４との間の伝送情報の通信は、変調オーディオ信号Ｓｅを空間中に放音することにより行っていたが、変調オーディオ信号Ｓｅを有線で伝送してもよい。
【００８８】
＜変形例５＞
上述した実施形態においては、変調装置１と復調装置４との間の伝送情報の通信は、可聴域の周波数帯域の成分を有する変調オーディオ信号Ｓｅを空間中に放音することにより行っていたが、非可聴域の周波数帯域を用いてもよい。この場合には、スピーカ２の構成について、使用する非可聴域の周波数帯域まで放音可能なものとし、マイクロフォン３の構成について、使用する非可聴域の周波数帯域まで収音可能なものとすればよい。また、変調装置１、復調装置４の各構成においても、使用する非可聴域の周波数帯域まで処理可能な構成としておけばよい。
【００８９】
＜変形例６＞
上述した実施形態においては、ＢＰＦ１０１において抽出される周波数帯域は、ＬＰＦ１１０におけるカットオフ周波数近傍の９ｋＨｚから１０ｋＨｚであるものとし、その周波数帯域成分の出力レベルを出力レベル比算出時の分母としていたが、この周波数帯域に限らず、様々な周波数帯域を用いることができる。例えば、周波数シフト先の周波数帯域（１０ｋＨｚ〜１５．５ｋＨｚ）の一部を含む周波数帯域であってもよいし、シフト先の複数の周波数帯域のうち重複する周波数帯域（１１．５ｋＨｚ〜１４ｋＨｚ）であってもよい。また、もっと低い周波数帯域を用いて高周波数帯域成分の出力レベルを推定してもよい。すなわち、オーディオ信号Ｓａについて、周波数シフト先の周波数帯域における出力レベルを推定できるものであれば、どのような周波数帯域成分の出力レベルを抽出してもよい。
【００９０】
＜変形例７＞
上述した実施形態においては、レベル調整器１０５においてレベル検出器１０３から出力されるレベル比データに応じて、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを調整していたが、レベル比データにかかわらず、この調整量は一定であるものとしてもよい。一定の調整量とする場合には、レベル調整器１０５は、オーディオ信号Ｓｄの出力レベルを所定の割合で低減させるように調整すればよい。一般的に高周波数帯域における出力レベルは、低周波数帯域における出力レベルに比べて相対的に低いものであるから、このように調整するだけでも聴感上の違和感を低減することができる。
【００９１】
なお、レベル調整器１０５は、入力されるオーディオ信号Ｓｄについて、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）のどちらであるかを判別して、周波数シフト量が大きいオーディオ信号Ｓｄ（１）である場合は、出力レベルの低減量を多く、オーディオ信号Ｓｄ（０）である場合は、出力レベルの低減量より少なくする調整をしてもよい。ここで、オーディオ信号Ｓｄ（０）、Ｓｄ（１）の判別は、入力されるオーディオ信号Ｓｄの周波数分布を解析して判別してもよいし、切替器１５０から出力されるキャリア信号の周波数の測定結果に応じて判別してもよい。
【００９２】
また、オーディオ信号Ｓｄ（０）とオーディオ信号Ｓｄ（１）とで出力レベルの調整量を変えることについては、実施形態のように、レベル検出器１０３から出力されるレベル比データに応じて出力レベルを調整する場合にも適用することができる。すなわち、実施形態において、レベル調整器１０５に入力されるオーディオ信号Ｓｄがオーディオ信号Ｓｄ（１）である場合には、オーディオ信号Ｓｄ（０）である場合よりもレベル比データに応じて調整する出力レベルの低減量を大きくすればよい。
【００９３】
＜変形例８＞
上述した実施形態における変調装置１、復調装置４によって実行される制御プログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスクなど）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。この場合には、これらの記録媒体を読み取る読み取り手段を設ければよい。また、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施形態に係る情報伝達システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る変調装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る切替器から出力されるキャリア信号の一例を示す説明図である。
【図４】実施形態に係るオーディオ信号の周波数帯域の変化を示す説明図である。
【図５】実施形態に係る復調装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施形態に係る再変調器の構成を示すブロック図である。
【図７】実施形態に係る再変調器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図８】実施形態に係るキャリア成分検出器の構成を示すブロック図である
【図９】実施形態に係るキャリア成分検出器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図１０】実施形態に係るレベル検出器の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態に係るレベル検出器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図１２】実施形態に係る加算器、ＤＣカットフィルタ、正負符号判定器からの出力信号の一例を示す説明図である。
【図１３】実施形態に係る復号化器に係る符号化情報の一例を示す説明図である。
【図１４】変形例１に係る変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】変形例１に係る復調装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…変調装置、２…スピーカ、３…マイクロフォン、４…復調装置、１０…情報伝達システム、１０１…ＢＰＦ、１０２，１０４…遅延回路、１０３…レベル検出器、１０５…レベル調整器、１１０…ＬＰＦ、１２０，１７０…ＨＰＦ、１３０…符号化器、１４０…キャリア周波数発生部、１４１，１４２…キャリア周波数発生器、１５０…切替器、１６０…乗算器、１８０…遅延回路、１９０…加算器、４１０…再変調器、４１１，４１２，４１３，４２３，４２４…ＢＰＦ、４１４，４１５…加算器、４１６，４１７…レベル検出器、４１８，４１９…レベル調整器、４１１０，４１２０，４１３０…遅延回路、４２０…キャリア成分検出器、４２１，４２２，４３１，４３２…整流器、４３０…レベル検出器、４３３，４３４…ＬＰＦ、４４０…加算器、４５０…移動平均算出器、４６０…ＤＣカットフィルタ、４７０…正負符号判定器、４８０…復号化器、１０１０，４０１０…ＦＦＴ部、１０２０…符号化器、１０３０…複製部、１０４０…逆ＦＦＴ部、４０２０…判定部、４０３０…復号化器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を入力する入力手段と、
符号化された符号化情報を取得する取得手段と、
前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得手段によって取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト手段と、
前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整手段と、
前記レベル調整手段によって出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号に重畳する重畳手段と
を具備することを特徴とする変調装置。
【請求項２】
前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを低減させるように調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の変調装置。
【請求項３】
前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数帯域の出力レベルと前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルとを測定するレベル測定手段
をさらに具備し、
前記レベル調整手段は、前記レベル測定手段によって測定された双方のオーディオ信号の出力レベルの比に応じて、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変調装置。
【請求項４】
前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段による周波数のシフト量が大きいほど、当該周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを少なくするように調整する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の変調装置。
【請求項５】
オーディオ信号を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出手段と、
前記検出手段によって選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成手段と
を具備することを特徴とする復調装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変調装置と、
請求項５に記載の復調装置と、
前記変調装置の重畳手段によって重畳されたオーディオ信号を放音する放音手段と、
前記放音手段によって放音されたオーディオ信号を収音する収音手段と
を具備し、
前記復調装置の入力手段は、前記収音手段によって収音したオーディオ信号を入力し、
前記復調装置の検出手段において予め設定されるシフト量は、前記変調装置の周波数シフト手段によりシフトし得る周波数のシフト量である
ことを特徴とする情報伝達システム。
【請求項７】
オーディオ信号を入力する入力過程と、
符号化された符号化情報を取得する取得過程と、
前記入力過程において入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出過程と、
前記抽出過程において抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得過程において取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト過程と、
前記周波数シフト過程において周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整過程と、
前記レベル調整過程において出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力過程において入力されたオーディオ信号に重畳する重畳過程と
を備えることを特徴とする変調方法。
【請求項８】
オーディオ信号を入力する入力過程と、
前記入力過程において入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出過程と、
前記検出過程において選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成過程と
を備えることを特徴とする復調方法。
【請求項１】
オーディオ信号を入力する入力手段と、
符号化された符号化情報を取得する取得手段と、
前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得手段によって取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト手段と、
前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整手段と、
前記レベル調整手段によって出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力手段によって入力されたオーディオ信号に重畳する重畳手段と
を具備することを特徴とする変調装置。
【請求項２】
前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを低減させるように調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の変調装置。
【請求項３】
前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の所定の周波数帯域の出力レベルと前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルとを測定するレベル測定手段
をさらに具備し、
前記レベル調整手段は、前記レベル測定手段によって測定された双方のオーディオ信号の出力レベルの比に応じて、前記周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変調装置。
【請求項４】
前記レベル調整手段は、前記周波数シフト手段による周波数のシフト量が大きいほど、当該周波数シフト手段によって周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを少なくするように調整する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の変調装置。
【請求項５】
オーディオ信号を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出手段と、
前記検出手段によって選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成手段と
を具備することを特徴とする復調装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変調装置と、
請求項５に記載の復調装置と、
前記変調装置の重畳手段によって重畳されたオーディオ信号を放音する放音手段と、
前記放音手段によって放音されたオーディオ信号を収音する収音手段と
を具備し、
前記復調装置の入力手段は、前記収音手段によって収音したオーディオ信号を入力し、
前記復調装置の検出手段において予め設定されるシフト量は、前記変調装置の周波数シフト手段によりシフトし得る周波数のシフト量である
ことを特徴とする情報伝達システム。
【請求項７】
オーディオ信号を入力する入力過程と、
符号化された符号化情報を取得する取得過程と、
前記入力過程において入力されたオーディオ信号の所定の周波数未満の周波数帯域成分のうち、一部の周波数帯域成分を有するオーディオ信号を抽出する抽出過程と、
前記抽出過程において抽出されたオーディオ信号の周波数帯域成分を、前記取得過程において取得された符号化情報に応じたシフト量で前記所定の周波数以上の高周波数帯域にシフトさせる周波数シフト過程と、
前記周波数シフト過程において周波数帯域がシフトされたオーディオ信号の出力レベルを調整するレベル調整過程と、
前記レベル調整過程において出力レベルが調整されたオーディオ信号を、前記入力過程において入力されたオーディオ信号に重畳する重畳過程と
を備えることを特徴とする変調方法。
【請求項８】
オーディオ信号を入力する入力過程と、
前記入力過程において入力されたオーディオ信号の周波数帯域の一部の周波数帯域の成分と、当該一部の周波数帯域から予め設定された複数のシフト量の周波数をシフトさせた複数の周波数帯域における成分の各々とについて、それぞれ出力レベル比を調整した後に加算することによって生じるオーディオ信号の振幅のうねりにより相関関係を検出して、検出結果に応じて前記複数のシフト量のいずれかを選択する検出過程と、
前記検出過程において選択されたシフト量に応じて符号化された符号化情報を生成する符号化情報生成過程と
を備えることを特徴とする復調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
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【公開番号】特開２００９−２８８４４２（Ｐ２００９−２８８４４２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３９７２４（Ｐ２００８−１３９７２４）
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２８日（２００８．５．２８）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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