送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、通信システム、通信方法およびプログラム
【課題】特別な通信デバイスを付加しなくても、近くにある装置同士で情報をやりとりすることのできる技術を提供すること。
【解決手段】送信装置は、送信データを取得する手段と、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、を含む。受信装置は、マイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、を含む。
【解決手段】送信装置は、送信データを取得する手段と、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、を含む。受信装置は、マイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、通信システム、通信方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、比較的近くの装置の間で情報をやりとりする際には、赤外線通信などのデバイスを用いることが多かった。例えば、従来の携帯電話機は、赤外線通信用のデバイスを介して連絡先といった情報をやりとりする機能を有するものが多い。特許文献１には、赤外線通信を用いて携帯電話間で情報の送受信を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５４９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近くにある装置の間で通信をするために赤外線通信のような特別なデバイスを用いる場合、送信側の装置および受信側の装置にそのデバイスが装備されている必要がある。例えば、近年はスマートフォンのように赤外線通信の機能を有さないものが急速に普及しており、近くにあるスマートフォン等の間で情報をやりとりすることが難しくなっている。なお、通信の方法としては無線ＬＡＮなどの電波を用いることも考えられるが、通信相手を位置関係により特定することが難しいため、セキュリティや利便性の問題が生じやすい。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、特別な通信デバイスを付加しなくても、近くにある装置同士で情報をやりとりすることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明にかかる送信装置は、送信データを取得する手段と、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる受信装置は、マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる送信方法は、送信データを取得するステップと、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる受信方法は、マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声に基づいてＡＤ変換器を介してＰＣＭ形式の入力音声データを取得する入力ステップと、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる送信用のプログラムは、送信データを取得する手段、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段、および、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる受信用のプログラムは、マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段、および、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる通信システムは、上述の送信装置と受信装置を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる通信方法は、送信データを取得するステップと、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、前記スピーカが出力しマイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力ステップと、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ＤＡ変換器の出力に応じて音を出すスピーカを含む装置と、ＡＤ変換器に音が変換された電圧信号を出力するマイクがある装置とを用いることにより、特別なデバイスを付加しなくてもそれらの装置の間で情報をやりとりすることができる。例えば、スマートフォン同士や、テレビとスマートフォンとの間などで情報をやりとりすることができる。
【００１５】
本発明の一態様では、前記出力音声データは、非可聴周波数帯の音声を示すデータであってもよい。
【００１６】
本発明の一態様では、前記非可聴周波数帯は、２０ｋＨｚ以上であってもよい。
【００１７】
本発明の一態様では、受信装置は、前記入力音声データが示す音声から非可聴周波数帯の音声を抽出した抽出音声データを生成する抽出手段をさらに含み、前記復号手段は、前記抽出音声データに基づいて前記送信データを復号してもよい。
【００１８】
本発明の一態様では、前記符号化手段は、前記出力音声データが示す音声の振幅変化を抑制するように当該出力音声データを出力してもよい。
【００１９】
本発明の一態様では、前記符号化手段は、前記出力音声データが前記送信データに応じて複数の有音区間と隣り合う有音区間の間の無音区間とを有する音声を示し、かつ前記各有音区間は振幅が徐増する区間および振幅が徐減する区間のうち少なくとも一方を含むように当該出力音声データを出力してもよい。
【００２０】
本発明の一態様では、前記複数の有音期間のそれぞれの時間幅は、予め定められた所定数の時間幅のうちいずれかであってよい。
【００２１】
本発明の一態様では、前記復号手段は、前記抽出音声データが示す複数の有音区間であって、前記マイクに順に入力される複数の有音区間のそれぞれの時間の長さに基づいて前記送信データを復号してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態にかかる通信システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる通信システムの機能を示す機能ブロック図である。
【図３】送信装置の処理フローの一例を示す図である。
【図４】出力音声データが示す音声の時間推移を示す図である。
【図５】有音区間における波形の一例を示す図である。
【図６】受信装置の処理フローの一例を示す図である。
【図７】テレビのスピーカを用いてデータを送信するシステムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態にかかる通信システムの構成の一例を示す図である。この通信システムは、送信装置１と受信装置２とを含む。送信装置１は、プロセッサ１１、メモリ１２、表示操作部１３、ＤＡ変換器１４、およびスピーカ１５を含み、受信装置２は、プロセッサ２１、メモリ２２、表示操作部２３、ＡＤ変換器２４、およびマイク２５を含む。送信装置１はＤＡ変換器１４を介して音声用のスピーカに音声を出力させる装置であればよく、例えばスマートフォンや携帯電話であってよい。受信装置２は音声用のマイクから入力される音声を示すデータをＡＤ変換器２４を介して取得する装置であればよく、例えばスマートフォンや携帯電話であってよい。
【００２５】
プロセッサ１１およびプロセッサ２１は、それぞれメモリ１２およびメモリ２２に格納されているプログラムに従って動作しうる。またプロセッサ１１は表示操作部１３やＤＡ変換器１４を制御し、プロセッサ２１は表示操作部２３やＡＤ変換器２４を制御する。なお、上記プログラムは、インターネット等のネットワークを介して提供されるものであってもよいし、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な情報記録媒体に格納されて提供されるものであってもよい。
【００２６】
メモリ１２およびメモリ２２は、ＲＡＭやフラッシュメモリ等のメモリ素子やハードディスクドライブ等によって構成されている。メモリ１２およびメモリ２２は、上記プログラムを格納する。また、メモリ１２およびメモリ２２は、各部から入力される情報や演算結果を格納する。
【００２７】
表示操作部１３および表示操作部２３は、液晶表示パネル等の表示出力デバイスを制御する手段や、タッチパネルやリモコン等の入力デバイスを制御する手段などによって構成されている。表示操作部１３および表示操作部２３は、それぞれプロセッサ１１およびプロセッサ２１の制御に基づいて、画像データ等を表示出力デバイスに対して出力し、入力デバイスより操作者（ユーザ）からの情報を取得する。
【００２８】
ＤＡ変換器１４は、プロセッサ１１の制御に基づいて、ＰＣＭ形式の出力音声データを出力信号電圧に変換する。ＤＡ変換器１４は、例えばΔΣ法を用いてＤＡ変換する。またＤＡ変換器１４は、操作者による設定に応じて出力信号電圧を変換するボリューム制御の機能も有する。
【００２９】
スピーカ１５は、ＤＡ変換器１４が出力する出力信号電圧に応じた音声を出力する。スピーカ１５は、音声出力用のスピーカであり、もちろん可聴周波数帯の音声も出力できる。
【００３０】
マイク２５は、入力される音声を入力信号電圧に変換する。送信装置１と通信する際にはこのマイク２５には、送信装置１が出力する音声が入力される。マイク２５は、音声入力用のマイクであり、もちろん可聴周波数帯の音声も入力できる。
【００３１】
ＡＤ変換器２４は、プロセッサ２１の制御に基づいて、入力信号電圧をＰＣＭ形式の入力音声データに変換する。ＡＤ変換器２４は、例えばΔΣ法を用いてＡＤ変換を行う。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態にかかる通信システムの機能を示す機能ブロック図である。送信装置１は機能的に、送信データ取得部３１、符号化部３２、および音声出力部３３を含む。これらの機能は、プロセッサ１１がメモリ１２に格納されたプログラムを実行し、ＤＡ変換器１４や表示操作部１３等を制御することで実現される。また受信装置２は機能的に、音声入力部４１、抽出部４２および復号部４３を含む。これらの機能は、プロセッサ２１がメモリ２２に格納されたプログラムを実行し、ＡＤ変換器２４や表示操作部２３等を制御することで実現される。
【００３３】
図３は、送信装置１の処理フローの一例を示す図である。以下ではこの処理フローに従い送信装置１が有する機能を説明する。
【００３４】
送信データ取得部３１は、プロセッサ１１、メモリ１２、および表示操作部１３を中心として実現される。送信データ取得部３１は、表示操作部１３を介してユーザから入力される指示に基づいて動作し、表示操作部１３から入力される情報や、メモリ１２に記憶された情報から送信データを取得する（ステップＳ１０１）。送信装置１がスマートフォンである場合は、送信データは、例えば所有者の電話番号やメールアドレスのような情報や、スマートフォンを識別するためのＩＤといった情報である。
【００３５】
符号化部３２は、プロセッサ１１およびメモリ１２を中心として実現される。符号化部３２は、送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する。
【００３６】
出力音声データの形式について説明する。図４は、出力音声データが示す音声の時間推移を示す図である。出力音声データが示す音声は、出力開始を示す同期信号５１と、出力終了を示す同期信号５２と、時間的にみて同期信号５１と同期信号５２とに挟まれる複数の伝送信号区間５３とからなる。これらの複数の伝送信号区間５３は、送信データが変調された信号である。各伝送信号区間５３は、音声が出力される有音区間であり、その出力される音声は、予め定められた２種類の音声のうち何れかである。各伝送信号区間５３は、送信データを構成するビット配列のうちいずれかに対応する。ここでは、伝送信号区間５３に出力される２種類の音声は、互いにその時間幅が異なる。具体的には、値が１となるビットに対応する伝送信号区間５３の時間幅Ｔｔ１と、値が０となるビットに対応する伝送信号区間５３の時間幅Ｔｔ０とが異なっている。本実施形態の例では、時間幅Ｔｔ１は６ｍｓ、時間幅Ｔｔ０は２ｍｓである。また、隣り合う伝送信号区間５３の間には無音区間が配置され、また同期信号５１，５２とそれらの隣の伝送信号区間５３との間にも無音区間が配置される。無音区間の時間幅Ｔｎは１０ｍｓである。なお、本実施形態では時間幅Ｔｔ１と時間幅Ｔｔ０とが異なっていれば、時間幅Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｎの時間幅は上述のものと異なっていてもよい。
【００３７】
次に符号化部３２の処理の詳細について説明する。符号化部３２は、まず出力音声データに同期信号５１を示す音声データを設定し（ステップＳ１０２）、無音区間を示す音声データを追加する（ステップＳ１０３）。次に変数ｉに１を代入し（ステップＳ１０４）、複数の伝送信号区間５３を出力音声データに追加する処理をする。
【００３８】
符号化部３２は、送信データからｉ番目のビットを取得する（ステップＳ１０５）。ここで、送信データは順序づけられて並ぶｎ個のビットの集合とみなす。次に、取得されたビットに応じた時間幅を有する有音区間を示す音声データを出力音声データに追加し（ステップＳ１０６）、さらに出力音声データに無音区間を示す音声データを追加する（ステップＳ１０７）。そして変数ｉの値を１増やし（ステップＳ１０８）、送信データを構成する全て（ｎ個）のビットについて処理を行っていなければ（ステップＳ１０９のＮ）、ステップＳ１０５から処理を繰り返す。全てのビットについて処理を行っていれば（ステップＳ１０９のＹ）、出力音声データに同期信号５２を示す音声データを追加する（ステップＳ１１０）。これらの処理により、符号化部３２は送信データを２進数のビット列とした場合の各ビットに対応する種類の音声を順に出力する出力音声データを出力する。
【００３９】
音声出力部３３は、プロセッサ１１、メモリ１２を中心として実現される。音声出力部３３は、出力音声データをＤＡ変換器１４に変換させることによりその出力音声データが示す音声をスピーカ１５に出力させる。具体的には、まず音声出力部３３は、出力音声データをＤＡ変換器１４に出力し（ステップＳ１１１）、ＤＡ変換器１４はその出力音声データを出力信号電圧に変換する。ＤＡ変換器１４から出力される出力信号電圧はスピーカ１５に入力され、スピーカ１５は出力信号電圧に応じた音声を出力する。
【００４０】
ここで、有音区間の信号の詳細について説明する。図５は、有音区間における波形の一例を示す図である。実線は有音区間の音声の波形を示し、破線はその波形の振幅の時間変化を示す。有音区間においては、非可聴周波数帯、具体的には２０ｋＨｚ以上かつ出力可能な最大周波数（２５ｋＨｚ程度）以下の周波数の音声が出力されている。非可聴周波数帯の音声を通信に用いることで、周りの人間が不快なノイズを認識することを防ぐことができる。また、符号化部３２は有音区間における音声の振幅の変化を抑制するように出力音声データを設定する。より具体的には、出力音声データが示す各有音区間は、音声の振幅が徐増する区間と、音声の振幅が徐減する区間とを有する。音声の振幅が徐増する区間は、無音区間から有音区間に切り替わった後の一定の区間であり、音声の振幅が徐減する区間は、有音区間から無音区間に切り替わる前の一定の区間である。本実施形態では、上述の特徴を有する有音区間の振幅は、有音区間の時間幅の２倍の周期のサイン関数から求められている。
【００４１】
有音区間におけるタイムステップｘにおける波形ｆ（ｘ）を示す式を以下に示す。ここで、ＰＣＭ形式の出力音声データは１６ビットであり、−３２７６８〜３２７６７の値を取ることができるとし、１タイムステップは１秒をサンプリングレートで割った時間とする。
【００４２】
【数１】
【００４３】
ここで、γは出力音声データのサンプリングレートを非可聴周波数帯の音声の周波数で割った値である。サンプリングレートは通信に用いる非可聴周波数帯の周波数の２倍以上かつ自然数倍にするとよい。サンプリング周期と音声の周期との違いにより目的とする周波数より低い周波数が出力されることを防ぐことができるからである。本実施形態では、サンプリングレートが４４．１ｋＨｚ、音声の周波数は２２．０５ｋＨｚとしている。Ａは、有音区間のデータとして取りうる最大値を示している。Ｂは、サンプリングレートを振幅変化を示す周波数１０００でわった値である。なお、実際の出力音声データは、ｆ（ｘ）が示す値のうち小数部の情報は切り捨てられている。
【００４４】
ｆ（ｘ）の式は、非可聴周波数帯の音声を示すサイン波に、振幅の時間変化を抑制するサイン波をかけた式になっている。これにより、以下のｆｓ（ｘ）の式が示す有音区間における振幅を一定とするサイン波に比べ振幅の時間変化が抑制される。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、前述のように送信装置１のスピーカ１５は音声用のスピーカであるので、２０ｋＨｚ以上の非可聴周波数帯の音を出力する場合、物理的な特性のために出力信号電圧の変化に追随できない現象が起きる場合がある。その現象がおきると、スピーカ１５からより低い周波数のノイズのような音が出力される。上述の現象は、ｆｓ（ｘ）が示す有音区間の音声を出力する場合にはほぼ確実に発生するが、ｆ（ｘ）のように振幅の時間変化を制限すると、スピーカ１５が出力信号電圧の時間変化に追随しやすくなるため発生しなくなる。これにより、通信時にスピーカ１５が発生するノイズであってユーザが認識できるノイズを大幅に減少させることができる。
【００４７】
なお、符号化部３２が出力する出力音声データにおける１つの伝送信号区間５３が、必ずしも１ビットのデータを表さなくてもよい。例えば、１つの伝送信号区間５３の時間幅の種類を４種類にし、１つの伝送信号区間５３が送信データの２ビットに対応させてもよい。また送信データをｋ進数（ｋ＞３）の値の配列に変換し、ｋ種類の音声のうちそれぞれの値に対応するものを出力するように符号化部３２が出力音声データを出力してもよい。
【００４８】
図６は、受信装置２の処理フローの一例を示す図である。以下ではこの処理フローに従い受信装置２が有する機能を説明する。
【００４９】
音声入力部４１は、プロセッサ２１、メモリ２２および表示操作部２３を中心として実現される。音声入力部４１は、表示操作部２３を介してユーザから入力される指示に基づいて、ＡＤ変換器２４からＰＣＭ形式の入力音声データを取得する（ステップＳ２０１）。この際、マイク２５に送信装置１の出力する音声を入力させることで、入力音声データに送信データが符号化されてなる音声のデータを含むようにする。なお、本実施形態では、サンプリングレートは送信装置１と同じサンプリングレートとしている。
【００５０】
抽出部４２は、プロセッサ２１およびメモリ２２を中心として実現される。抽出部４２は、音声入力部４１が取得した入力音声データから非可聴周波数帯の音声を抽出し（ステップＳ２０２）、抽出された音声を示すデータをメモリ２２に格納する。抽出部４２は、非可聴周波数帯の音声を抽出するためにバンドパスフィルタ（bandpass filter）を用いる。この処理を行うことにより、周囲の人の声などのノイズの影響を取り除くことができる。雑音が少ない環境で通信を行う前提であれば、この処理を行なわずに復号部４３に入力音声データをそのまま渡してもよい。
【００５１】
復号部４３は、プロセッサ２１およびメモリ２２を中心として実現される。復号部４３は抽出された音声を示すデータに基づいて送信データを復号する。まず、復号部４３は抽出された音声の振幅を正規化する（ステップＳ２０３）。これにより、マイク２５に入力される音声の大きさが通信するごとに異なっていても、後続の処理で問題が生じなくなる。
【００５２】
復号部４３は、次に有音区間と無音区間との境界を検出し、複数の有音区間のそれぞれの時間幅を検出する（ステップＳ２０４）。復号部４３は、検出された各有音期間の時間幅に応じて、ビットの値の配列を取得し（ステップＳ２０５）、取得した値の配列を復号された受信データとしてメモリ２２等に出力する（ステップＳ２０６）。ここで、復号部４３はＣＲＣ訂正などの公知の誤り訂正技術を用いて受信データの精度を向上させてもよい。また、送信装置１が出力する伝送信号区間５３の時間幅の種類が３以上であれば、それに応じた値の配列を取得して受信データを復号してもよい。
【００５３】
上述の技術により、ＤＡ変換器１４に接続されるスピーカ１５を含む送信装置１と、ＡＤ変換器２４に接続されるマイク２５を含む受信装置２とがあれば、他のデバイスを付加しなくても通信を行うことができる。非可聴周波数帯の音声は電波に比べれば指向性が強いので、送信内容を誤って別の装置が受信する恐れも少なくなり、電波を用いる場合のように混信を防ぐための機能を付加したり操作を複雑化する必要もない。しかも、非可聴周波数帯の音声を用い、かつノイズの発生も抑えられているので、スピーカを用いて通信を行っているにも関わらず、その通信により人が不快な音を認識することはない。そのため、人体への影響も少ない。
【００５４】
また、ＤＡ変換器１４とスピーカ１５とを有する機器のほとんどはユーザによるボリューム調整が可能であるので、例えばセキュリティと通信エラーとのバランスを任意に調整することができる。ユーザが、送信側の機器と受信側の機器との距離が近い（例えば５ｃｍ）場合には音量を小さくし、遠い（例えば１ｍ）場合は音量を大きくするといった調整をすればよいからである。
【００５５】
また、上述の説明では送信装置１が出力する音声の時間幅を用いて送信データを符号化しているが、他の変調方法を用いて送信データを符号化してもよい。例えば、ＡＭ変調方式のように音声の振幅の違いによって送信するビット配列の各ビットを表してもよいし、ＦＭ変調方式のように音声の周波数の違いによってビット配列の各ビットを表してもよい。ただし、音声の時間幅を用いた方が、前者に比べてノイズ等の環境変化に強く、また後者に比べて復号に必要な計算量が少ない。
【００５６】
これまでに説明した通信方法は、スマートフォンや携帯電話機などでは特に有効である。スマートフォンや携帯電話機のように音声を入出力するデジタル対応の携帯端末には必ずＤＡ変換器１４とそれに接続されるスピーカ１５、ＡＤ変換器２４とそれに接続されるマイク２５を装備している。この特徴により、スマートフォンや携帯電話機にプログラムをインストールすることで、それらが送信装置１や受信装置２の機能を実現できる。つまり、外付けの通信デバイスを購入したり接続したりすることなく携帯端末を用いた通信を実現できる。例えば、２台のスマートフォンのうち一方又は両方が赤外線通信機能を有していないような場合であっても、プログラムをインストールすることで、それらの携帯電話機の間でメールアドレスの交換や、ＵＲＬやメッセージの送受信等を行うことができる。もちろん携帯電話の基地局や、無線ＬＡＮの親機からの電波が来ていなくてもそれらの情報をやりとりできる。また基地局等からの電波を受信できるのであれば、非可聴帯域の音声を用いた通信を用いて、電波を介するネットワークにおいて少なくとも一方のスマートフォン等を特定する情報を送受信し、電波を介してより大きなデータを送受信することも可能である。
【００５７】
これまでは携帯電話機やスマートフォンの間での通信のように１対１の送受信の例を説明したが、送信側の装置が複数の受信装置２に向けてデータを送信してもよい。より具体的には、例えば、出力音声データをテレビ局やラジオ局で生成し、その出力音声データに応じた音声を各家庭のテレビ７等のスピーカから出力させてよい。テレビ７の前にある複数の携帯電話機やスマートフォン等は、その音声をマイク２５を介して受信する。
【００５８】
図７は、テレビ７のスピーカを用いてデータを送信するシステムの一例を示す図である。局側装置６は、テレビ局に設置される。局側装置６はプロセッサ６１、記憶部６２、および送信回路６３を含む。またテレビ７は、受信回路７１、表示回路７２、ＤＡ変換器７３およびスピーカ７４を含む。局側装置６とテレビ７とをあわせた送信システムが、図１の送信装置１に対応する。局側装置６に含まれるプロセッサ６１および記憶手段６２はそれぞれ送信装置１に含まれるプロセッサ１１およびメモリ１２に対応し、テレビ７に含まれるＤＡ変換器７３およびスピーカ７４は、それぞれ送信装置１に含まれるＤＡ変換器１４およびスピーカ１５に対応する。
【００５９】
送信回路６３はテレビ７の表示回路７２に表示させる映像データと、スピーカ７３に出力させる出力音声データとを含む放送データを、テレビ局のアンテナを介して複数のテレビ７に送信する。また受信回路７１は放送データを受信し、その放送データに含まれる映像データを表示回路に出力し、また放送データに含まれる出力音声データをＤＡ変換器７３に出力する。表示回路７２は、映像処理回路や表示パネル等を含んでおり、映像データに基づく画像を表示する。図１に示す送信装置１とこの送信システムとの違いは、プロセッサ６１および記憶手段６２と、ＤＡ変換器７３との間に、送信回路６３および受信回路７１が存在することで、データを転送する経路が長くなっている点である。
【００６０】
この送信システムも、機能的には送信データ取得部３１、符号化部３２、および音声出力部３３を含む。送信データ取得部３１は、プロセッサ６１、記憶部６２を中心として実現される。この送信データ取得部３１は、放送するコンテンツとなる映像データおよび音声データとそれらの映像データおよび音声データ中の先頭からの時間とに基づいて、送信データを取得する。映像データおよび音声データは、記憶部６２に記憶されており、送信データは予め映像データおよび音声データとその時間的な区間とに関連づけて記憶部６２に記憶されている。
【００６１】
符号化部３２は、プロセッサ６１および記憶部６２を中心として実現される。符号化部３２は、送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する。その詳細は、図１に示す送信装置１で説明したものと同じである。
【００６２】
音声出力部３３は、プロセッサ６１および記憶部６２を中心として実現される。音声出力部３３は、符号化部３２が出力する出力音声データに放送するコンテンツとなる音声データを混合させて新たな出力音声データを生成し、その新たな出力音声データと、映像データとを含む放送データを送信回路６３に出力する。そうすることで、音声出力部３３は、出力音声データをテレビ７に含まれるＤＡ変換器７３に変換させることによりその出力音声データが示す音声をスピーカ７４に出力させる。なお、音声データを出力音声データに混合しても、受信装置２は送信データを復号することができる。バンドパスフィルタによって非可聴周波数帯の音声をほとんど含まない音声データの影響が低減されるからである。
【００６３】
このようにすることで、テレビ局の放送するコンテンツに応じて情報の紹介やキャンペーンの申込を行うＷｅｂページのＵＲＬや、番組名などの情報を、既存のテレビ７やスマートフォンのハードウェアを用いて送受信することができる。テレビの視聴者は従来は画面に表示されていた情報を、文字入力等の作業を経ずに取得することができ、利便性が大きく向上する。これは特にスマートフォンや携帯電話などの携帯端末を用いる場合に有利である。携帯端末は大きさの都合でＰＣのようなキーボードを装備できないため、文字入力を苦手とするからである。
【００６４】
なお、局側装置６はデジタル放送を行うラジオ局に置いてもよい。この場合は、送信データ取得部３１は、放送するコンテンツとなる音声データとその先頭からの時間とに基づいて、送信データを取得し、送信回路６３は音声データを含む放送データを送信する。また、デジタル放送に対応したラジオが放送データを受信しスピーカからその音声を出力すればよい。
【符号の説明】
【００６５】
１ 送信装置、２ 受信装置、６ 局側装置、７ テレビ、１１，２１，６１ プロセッサ、１２，２２ メモリ、１３，２３ 表示操作部、１４，７３ ＤＡ変換器、１５，７４ スピーカ、２４ ＡＤ変換器、２５ マイク、３１ 送信データ取得部、３２ 符号化部、３３ 音声出力部、４１ 音声入力部、４２ 抽出部、４３ 復号部、５１，５２ 同期信号、５３ 伝送信号区間、６２ 記憶部、６３ 送信回路、７１ 受信回路、７２ 表示回路、Ｔｎ，Ｔｔ０，Ｔｔ１ 時間幅。
【技術分野】
【０００１】
本発明は送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、通信システム、通信方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、比較的近くの装置の間で情報をやりとりする際には、赤外線通信などのデバイスを用いることが多かった。例えば、従来の携帯電話機は、赤外線通信用のデバイスを介して連絡先といった情報をやりとりする機能を有するものが多い。特許文献１には、赤外線通信を用いて携帯電話間で情報の送受信を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５４９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近くにある装置の間で通信をするために赤外線通信のような特別なデバイスを用いる場合、送信側の装置および受信側の装置にそのデバイスが装備されている必要がある。例えば、近年はスマートフォンのように赤外線通信の機能を有さないものが急速に普及しており、近くにあるスマートフォン等の間で情報をやりとりすることが難しくなっている。なお、通信の方法としては無線ＬＡＮなどの電波を用いることも考えられるが、通信相手を位置関係により特定することが難しいため、セキュリティや利便性の問題が生じやすい。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、特別な通信デバイスを付加しなくても、近くにある装置同士で情報をやりとりすることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明にかかる送信装置は、送信データを取得する手段と、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる受信装置は、マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる送信方法は、送信データを取得するステップと、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる受信方法は、マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声に基づいてＡＤ変換器を介してＰＣＭ形式の入力音声データを取得する入力ステップと、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる送信用のプログラムは、送信データを取得する手段、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段、および、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる受信用のプログラムは、マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段、および、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる通信システムは、上述の送信装置と受信装置を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる通信方法は、送信データを取得するステップと、前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、前記スピーカが出力しマイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力ステップと、前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ＤＡ変換器の出力に応じて音を出すスピーカを含む装置と、ＡＤ変換器に音が変換された電圧信号を出力するマイクがある装置とを用いることにより、特別なデバイスを付加しなくてもそれらの装置の間で情報をやりとりすることができる。例えば、スマートフォン同士や、テレビとスマートフォンとの間などで情報をやりとりすることができる。
【００１５】
本発明の一態様では、前記出力音声データは、非可聴周波数帯の音声を示すデータであってもよい。
【００１６】
本発明の一態様では、前記非可聴周波数帯は、２０ｋＨｚ以上であってもよい。
【００１７】
本発明の一態様では、受信装置は、前記入力音声データが示す音声から非可聴周波数帯の音声を抽出した抽出音声データを生成する抽出手段をさらに含み、前記復号手段は、前記抽出音声データに基づいて前記送信データを復号してもよい。
【００１８】
本発明の一態様では、前記符号化手段は、前記出力音声データが示す音声の振幅変化を抑制するように当該出力音声データを出力してもよい。
【００１９】
本発明の一態様では、前記符号化手段は、前記出力音声データが前記送信データに応じて複数の有音区間と隣り合う有音区間の間の無音区間とを有する音声を示し、かつ前記各有音区間は振幅が徐増する区間および振幅が徐減する区間のうち少なくとも一方を含むように当該出力音声データを出力してもよい。
【００２０】
本発明の一態様では、前記複数の有音期間のそれぞれの時間幅は、予め定められた所定数の時間幅のうちいずれかであってよい。
【００２１】
本発明の一態様では、前記復号手段は、前記抽出音声データが示す複数の有音区間であって、前記マイクに順に入力される複数の有音区間のそれぞれの時間の長さに基づいて前記送信データを復号してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態にかかる通信システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる通信システムの機能を示す機能ブロック図である。
【図３】送信装置の処理フローの一例を示す図である。
【図４】出力音声データが示す音声の時間推移を示す図である。
【図５】有音区間における波形の一例を示す図である。
【図６】受信装置の処理フローの一例を示す図である。
【図７】テレビのスピーカを用いてデータを送信するシステムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態にかかる通信システムの構成の一例を示す図である。この通信システムは、送信装置１と受信装置２とを含む。送信装置１は、プロセッサ１１、メモリ１２、表示操作部１３、ＤＡ変換器１４、およびスピーカ１５を含み、受信装置２は、プロセッサ２１、メモリ２２、表示操作部２３、ＡＤ変換器２４、およびマイク２５を含む。送信装置１はＤＡ変換器１４を介して音声用のスピーカに音声を出力させる装置であればよく、例えばスマートフォンや携帯電話であってよい。受信装置２は音声用のマイクから入力される音声を示すデータをＡＤ変換器２４を介して取得する装置であればよく、例えばスマートフォンや携帯電話であってよい。
【００２５】
プロセッサ１１およびプロセッサ２１は、それぞれメモリ１２およびメモリ２２に格納されているプログラムに従って動作しうる。またプロセッサ１１は表示操作部１３やＤＡ変換器１４を制御し、プロセッサ２１は表示操作部２３やＡＤ変換器２４を制御する。なお、上記プログラムは、インターネット等のネットワークを介して提供されるものであってもよいし、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な情報記録媒体に格納されて提供されるものであってもよい。
【００２６】
メモリ１２およびメモリ２２は、ＲＡＭやフラッシュメモリ等のメモリ素子やハードディスクドライブ等によって構成されている。メモリ１２およびメモリ２２は、上記プログラムを格納する。また、メモリ１２およびメモリ２２は、各部から入力される情報や演算結果を格納する。
【００２７】
表示操作部１３および表示操作部２３は、液晶表示パネル等の表示出力デバイスを制御する手段や、タッチパネルやリモコン等の入力デバイスを制御する手段などによって構成されている。表示操作部１３および表示操作部２３は、それぞれプロセッサ１１およびプロセッサ２１の制御に基づいて、画像データ等を表示出力デバイスに対して出力し、入力デバイスより操作者（ユーザ）からの情報を取得する。
【００２８】
ＤＡ変換器１４は、プロセッサ１１の制御に基づいて、ＰＣＭ形式の出力音声データを出力信号電圧に変換する。ＤＡ変換器１４は、例えばΔΣ法を用いてＤＡ変換する。またＤＡ変換器１４は、操作者による設定に応じて出力信号電圧を変換するボリューム制御の機能も有する。
【００２９】
スピーカ１５は、ＤＡ変換器１４が出力する出力信号電圧に応じた音声を出力する。スピーカ１５は、音声出力用のスピーカであり、もちろん可聴周波数帯の音声も出力できる。
【００３０】
マイク２５は、入力される音声を入力信号電圧に変換する。送信装置１と通信する際にはこのマイク２５には、送信装置１が出力する音声が入力される。マイク２５は、音声入力用のマイクであり、もちろん可聴周波数帯の音声も入力できる。
【００３１】
ＡＤ変換器２４は、プロセッサ２１の制御に基づいて、入力信号電圧をＰＣＭ形式の入力音声データに変換する。ＡＤ変換器２４は、例えばΔΣ法を用いてＡＤ変換を行う。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態にかかる通信システムの機能を示す機能ブロック図である。送信装置１は機能的に、送信データ取得部３１、符号化部３２、および音声出力部３３を含む。これらの機能は、プロセッサ１１がメモリ１２に格納されたプログラムを実行し、ＤＡ変換器１４や表示操作部１３等を制御することで実現される。また受信装置２は機能的に、音声入力部４１、抽出部４２および復号部４３を含む。これらの機能は、プロセッサ２１がメモリ２２に格納されたプログラムを実行し、ＡＤ変換器２４や表示操作部２３等を制御することで実現される。
【００３３】
図３は、送信装置１の処理フローの一例を示す図である。以下ではこの処理フローに従い送信装置１が有する機能を説明する。
【００３４】
送信データ取得部３１は、プロセッサ１１、メモリ１２、および表示操作部１３を中心として実現される。送信データ取得部３１は、表示操作部１３を介してユーザから入力される指示に基づいて動作し、表示操作部１３から入力される情報や、メモリ１２に記憶された情報から送信データを取得する（ステップＳ１０１）。送信装置１がスマートフォンである場合は、送信データは、例えば所有者の電話番号やメールアドレスのような情報や、スマートフォンを識別するためのＩＤといった情報である。
【００３５】
符号化部３２は、プロセッサ１１およびメモリ１２を中心として実現される。符号化部３２は、送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する。
【００３６】
出力音声データの形式について説明する。図４は、出力音声データが示す音声の時間推移を示す図である。出力音声データが示す音声は、出力開始を示す同期信号５１と、出力終了を示す同期信号５２と、時間的にみて同期信号５１と同期信号５２とに挟まれる複数の伝送信号区間５３とからなる。これらの複数の伝送信号区間５３は、送信データが変調された信号である。各伝送信号区間５３は、音声が出力される有音区間であり、その出力される音声は、予め定められた２種類の音声のうち何れかである。各伝送信号区間５３は、送信データを構成するビット配列のうちいずれかに対応する。ここでは、伝送信号区間５３に出力される２種類の音声は、互いにその時間幅が異なる。具体的には、値が１となるビットに対応する伝送信号区間５３の時間幅Ｔｔ１と、値が０となるビットに対応する伝送信号区間５３の時間幅Ｔｔ０とが異なっている。本実施形態の例では、時間幅Ｔｔ１は６ｍｓ、時間幅Ｔｔ０は２ｍｓである。また、隣り合う伝送信号区間５３の間には無音区間が配置され、また同期信号５１，５２とそれらの隣の伝送信号区間５３との間にも無音区間が配置される。無音区間の時間幅Ｔｎは１０ｍｓである。なお、本実施形態では時間幅Ｔｔ１と時間幅Ｔｔ０とが異なっていれば、時間幅Ｔｔ０，Ｔｔ１，Ｔｎの時間幅は上述のものと異なっていてもよい。
【００３７】
次に符号化部３２の処理の詳細について説明する。符号化部３２は、まず出力音声データに同期信号５１を示す音声データを設定し（ステップＳ１０２）、無音区間を示す音声データを追加する（ステップＳ１０３）。次に変数ｉに１を代入し（ステップＳ１０４）、複数の伝送信号区間５３を出力音声データに追加する処理をする。
【００３８】
符号化部３２は、送信データからｉ番目のビットを取得する（ステップＳ１０５）。ここで、送信データは順序づけられて並ぶｎ個のビットの集合とみなす。次に、取得されたビットに応じた時間幅を有する有音区間を示す音声データを出力音声データに追加し（ステップＳ１０６）、さらに出力音声データに無音区間を示す音声データを追加する（ステップＳ１０７）。そして変数ｉの値を１増やし（ステップＳ１０８）、送信データを構成する全て（ｎ個）のビットについて処理を行っていなければ（ステップＳ１０９のＮ）、ステップＳ１０５から処理を繰り返す。全てのビットについて処理を行っていれば（ステップＳ１０９のＹ）、出力音声データに同期信号５２を示す音声データを追加する（ステップＳ１１０）。これらの処理により、符号化部３２は送信データを２進数のビット列とした場合の各ビットに対応する種類の音声を順に出力する出力音声データを出力する。
【００３９】
音声出力部３３は、プロセッサ１１、メモリ１２を中心として実現される。音声出力部３３は、出力音声データをＤＡ変換器１４に変換させることによりその出力音声データが示す音声をスピーカ１５に出力させる。具体的には、まず音声出力部３３は、出力音声データをＤＡ変換器１４に出力し（ステップＳ１１１）、ＤＡ変換器１４はその出力音声データを出力信号電圧に変換する。ＤＡ変換器１４から出力される出力信号電圧はスピーカ１５に入力され、スピーカ１５は出力信号電圧に応じた音声を出力する。
【００４０】
ここで、有音区間の信号の詳細について説明する。図５は、有音区間における波形の一例を示す図である。実線は有音区間の音声の波形を示し、破線はその波形の振幅の時間変化を示す。有音区間においては、非可聴周波数帯、具体的には２０ｋＨｚ以上かつ出力可能な最大周波数（２５ｋＨｚ程度）以下の周波数の音声が出力されている。非可聴周波数帯の音声を通信に用いることで、周りの人間が不快なノイズを認識することを防ぐことができる。また、符号化部３２は有音区間における音声の振幅の変化を抑制するように出力音声データを設定する。より具体的には、出力音声データが示す各有音区間は、音声の振幅が徐増する区間と、音声の振幅が徐減する区間とを有する。音声の振幅が徐増する区間は、無音区間から有音区間に切り替わった後の一定の区間であり、音声の振幅が徐減する区間は、有音区間から無音区間に切り替わる前の一定の区間である。本実施形態では、上述の特徴を有する有音区間の振幅は、有音区間の時間幅の２倍の周期のサイン関数から求められている。
【００４１】
有音区間におけるタイムステップｘにおける波形ｆ（ｘ）を示す式を以下に示す。ここで、ＰＣＭ形式の出力音声データは１６ビットであり、−３２７６８〜３２７６７の値を取ることができるとし、１タイムステップは１秒をサンプリングレートで割った時間とする。
【００４２】
【数１】
【００４３】
ここで、γは出力音声データのサンプリングレートを非可聴周波数帯の音声の周波数で割った値である。サンプリングレートは通信に用いる非可聴周波数帯の周波数の２倍以上かつ自然数倍にするとよい。サンプリング周期と音声の周期との違いにより目的とする周波数より低い周波数が出力されることを防ぐことができるからである。本実施形態では、サンプリングレートが４４．１ｋＨｚ、音声の周波数は２２．０５ｋＨｚとしている。Ａは、有音区間のデータとして取りうる最大値を示している。Ｂは、サンプリングレートを振幅変化を示す周波数１０００でわった値である。なお、実際の出力音声データは、ｆ（ｘ）が示す値のうち小数部の情報は切り捨てられている。
【００４４】
ｆ（ｘ）の式は、非可聴周波数帯の音声を示すサイン波に、振幅の時間変化を抑制するサイン波をかけた式になっている。これにより、以下のｆｓ（ｘ）の式が示す有音区間における振幅を一定とするサイン波に比べ振幅の時間変化が抑制される。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ここで、前述のように送信装置１のスピーカ１５は音声用のスピーカであるので、２０ｋＨｚ以上の非可聴周波数帯の音を出力する場合、物理的な特性のために出力信号電圧の変化に追随できない現象が起きる場合がある。その現象がおきると、スピーカ１５からより低い周波数のノイズのような音が出力される。上述の現象は、ｆｓ（ｘ）が示す有音区間の音声を出力する場合にはほぼ確実に発生するが、ｆ（ｘ）のように振幅の時間変化を制限すると、スピーカ１５が出力信号電圧の時間変化に追随しやすくなるため発生しなくなる。これにより、通信時にスピーカ１５が発生するノイズであってユーザが認識できるノイズを大幅に減少させることができる。
【００４７】
なお、符号化部３２が出力する出力音声データにおける１つの伝送信号区間５３が、必ずしも１ビットのデータを表さなくてもよい。例えば、１つの伝送信号区間５３の時間幅の種類を４種類にし、１つの伝送信号区間５３が送信データの２ビットに対応させてもよい。また送信データをｋ進数（ｋ＞３）の値の配列に変換し、ｋ種類の音声のうちそれぞれの値に対応するものを出力するように符号化部３２が出力音声データを出力してもよい。
【００４８】
図６は、受信装置２の処理フローの一例を示す図である。以下ではこの処理フローに従い受信装置２が有する機能を説明する。
【００４９】
音声入力部４１は、プロセッサ２１、メモリ２２および表示操作部２３を中心として実現される。音声入力部４１は、表示操作部２３を介してユーザから入力される指示に基づいて、ＡＤ変換器２４からＰＣＭ形式の入力音声データを取得する（ステップＳ２０１）。この際、マイク２５に送信装置１の出力する音声を入力させることで、入力音声データに送信データが符号化されてなる音声のデータを含むようにする。なお、本実施形態では、サンプリングレートは送信装置１と同じサンプリングレートとしている。
【００５０】
抽出部４２は、プロセッサ２１およびメモリ２２を中心として実現される。抽出部４２は、音声入力部４１が取得した入力音声データから非可聴周波数帯の音声を抽出し（ステップＳ２０２）、抽出された音声を示すデータをメモリ２２に格納する。抽出部４２は、非可聴周波数帯の音声を抽出するためにバンドパスフィルタ（bandpass filter）を用いる。この処理を行うことにより、周囲の人の声などのノイズの影響を取り除くことができる。雑音が少ない環境で通信を行う前提であれば、この処理を行なわずに復号部４３に入力音声データをそのまま渡してもよい。
【００５１】
復号部４３は、プロセッサ２１およびメモリ２２を中心として実現される。復号部４３は抽出された音声を示すデータに基づいて送信データを復号する。まず、復号部４３は抽出された音声の振幅を正規化する（ステップＳ２０３）。これにより、マイク２５に入力される音声の大きさが通信するごとに異なっていても、後続の処理で問題が生じなくなる。
【００５２】
復号部４３は、次に有音区間と無音区間との境界を検出し、複数の有音区間のそれぞれの時間幅を検出する（ステップＳ２０４）。復号部４３は、検出された各有音期間の時間幅に応じて、ビットの値の配列を取得し（ステップＳ２０５）、取得した値の配列を復号された受信データとしてメモリ２２等に出力する（ステップＳ２０６）。ここで、復号部４３はＣＲＣ訂正などの公知の誤り訂正技術を用いて受信データの精度を向上させてもよい。また、送信装置１が出力する伝送信号区間５３の時間幅の種類が３以上であれば、それに応じた値の配列を取得して受信データを復号してもよい。
【００５３】
上述の技術により、ＤＡ変換器１４に接続されるスピーカ１５を含む送信装置１と、ＡＤ変換器２４に接続されるマイク２５を含む受信装置２とがあれば、他のデバイスを付加しなくても通信を行うことができる。非可聴周波数帯の音声は電波に比べれば指向性が強いので、送信内容を誤って別の装置が受信する恐れも少なくなり、電波を用いる場合のように混信を防ぐための機能を付加したり操作を複雑化する必要もない。しかも、非可聴周波数帯の音声を用い、かつノイズの発生も抑えられているので、スピーカを用いて通信を行っているにも関わらず、その通信により人が不快な音を認識することはない。そのため、人体への影響も少ない。
【００５４】
また、ＤＡ変換器１４とスピーカ１５とを有する機器のほとんどはユーザによるボリューム調整が可能であるので、例えばセキュリティと通信エラーとのバランスを任意に調整することができる。ユーザが、送信側の機器と受信側の機器との距離が近い（例えば５ｃｍ）場合には音量を小さくし、遠い（例えば１ｍ）場合は音量を大きくするといった調整をすればよいからである。
【００５５】
また、上述の説明では送信装置１が出力する音声の時間幅を用いて送信データを符号化しているが、他の変調方法を用いて送信データを符号化してもよい。例えば、ＡＭ変調方式のように音声の振幅の違いによって送信するビット配列の各ビットを表してもよいし、ＦＭ変調方式のように音声の周波数の違いによってビット配列の各ビットを表してもよい。ただし、音声の時間幅を用いた方が、前者に比べてノイズ等の環境変化に強く、また後者に比べて復号に必要な計算量が少ない。
【００５６】
これまでに説明した通信方法は、スマートフォンや携帯電話機などでは特に有効である。スマートフォンや携帯電話機のように音声を入出力するデジタル対応の携帯端末には必ずＤＡ変換器１４とそれに接続されるスピーカ１５、ＡＤ変換器２４とそれに接続されるマイク２５を装備している。この特徴により、スマートフォンや携帯電話機にプログラムをインストールすることで、それらが送信装置１や受信装置２の機能を実現できる。つまり、外付けの通信デバイスを購入したり接続したりすることなく携帯端末を用いた通信を実現できる。例えば、２台のスマートフォンのうち一方又は両方が赤外線通信機能を有していないような場合であっても、プログラムをインストールすることで、それらの携帯電話機の間でメールアドレスの交換や、ＵＲＬやメッセージの送受信等を行うことができる。もちろん携帯電話の基地局や、無線ＬＡＮの親機からの電波が来ていなくてもそれらの情報をやりとりできる。また基地局等からの電波を受信できるのであれば、非可聴帯域の音声を用いた通信を用いて、電波を介するネットワークにおいて少なくとも一方のスマートフォン等を特定する情報を送受信し、電波を介してより大きなデータを送受信することも可能である。
【００５７】
これまでは携帯電話機やスマートフォンの間での通信のように１対１の送受信の例を説明したが、送信側の装置が複数の受信装置２に向けてデータを送信してもよい。より具体的には、例えば、出力音声データをテレビ局やラジオ局で生成し、その出力音声データに応じた音声を各家庭のテレビ７等のスピーカから出力させてよい。テレビ７の前にある複数の携帯電話機やスマートフォン等は、その音声をマイク２５を介して受信する。
【００５８】
図７は、テレビ７のスピーカを用いてデータを送信するシステムの一例を示す図である。局側装置６は、テレビ局に設置される。局側装置６はプロセッサ６１、記憶部６２、および送信回路６３を含む。またテレビ７は、受信回路７１、表示回路７２、ＤＡ変換器７３およびスピーカ７４を含む。局側装置６とテレビ７とをあわせた送信システムが、図１の送信装置１に対応する。局側装置６に含まれるプロセッサ６１および記憶手段６２はそれぞれ送信装置１に含まれるプロセッサ１１およびメモリ１２に対応し、テレビ７に含まれるＤＡ変換器７３およびスピーカ７４は、それぞれ送信装置１に含まれるＤＡ変換器１４およびスピーカ１５に対応する。
【００５９】
送信回路６３はテレビ７の表示回路７２に表示させる映像データと、スピーカ７３に出力させる出力音声データとを含む放送データを、テレビ局のアンテナを介して複数のテレビ７に送信する。また受信回路７１は放送データを受信し、その放送データに含まれる映像データを表示回路に出力し、また放送データに含まれる出力音声データをＤＡ変換器７３に出力する。表示回路７２は、映像処理回路や表示パネル等を含んでおり、映像データに基づく画像を表示する。図１に示す送信装置１とこの送信システムとの違いは、プロセッサ６１および記憶手段６２と、ＤＡ変換器７３との間に、送信回路６３および受信回路７１が存在することで、データを転送する経路が長くなっている点である。
【００６０】
この送信システムも、機能的には送信データ取得部３１、符号化部３２、および音声出力部３３を含む。送信データ取得部３１は、プロセッサ６１、記憶部６２を中心として実現される。この送信データ取得部３１は、放送するコンテンツとなる映像データおよび音声データとそれらの映像データおよび音声データ中の先頭からの時間とに基づいて、送信データを取得する。映像データおよび音声データは、記憶部６２に記憶されており、送信データは予め映像データおよび音声データとその時間的な区間とに関連づけて記憶部６２に記憶されている。
【００６１】
符号化部３２は、プロセッサ６１および記憶部６２を中心として実現される。符号化部３２は、送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する。その詳細は、図１に示す送信装置１で説明したものと同じである。
【００６２】
音声出力部３３は、プロセッサ６１および記憶部６２を中心として実現される。音声出力部３３は、符号化部３２が出力する出力音声データに放送するコンテンツとなる音声データを混合させて新たな出力音声データを生成し、その新たな出力音声データと、映像データとを含む放送データを送信回路６３に出力する。そうすることで、音声出力部３３は、出力音声データをテレビ７に含まれるＤＡ変換器７３に変換させることによりその出力音声データが示す音声をスピーカ７４に出力させる。なお、音声データを出力音声データに混合しても、受信装置２は送信データを復号することができる。バンドパスフィルタによって非可聴周波数帯の音声をほとんど含まない音声データの影響が低減されるからである。
【００６３】
このようにすることで、テレビ局の放送するコンテンツに応じて情報の紹介やキャンペーンの申込を行うＷｅｂページのＵＲＬや、番組名などの情報を、既存のテレビ７やスマートフォンのハードウェアを用いて送受信することができる。テレビの視聴者は従来は画面に表示されていた情報を、文字入力等の作業を経ずに取得することができ、利便性が大きく向上する。これは特にスマートフォンや携帯電話などの携帯端末を用いる場合に有利である。携帯端末は大きさの都合でＰＣのようなキーボードを装備できないため、文字入力を苦手とするからである。
【００６４】
なお、局側装置６はデジタル放送を行うラジオ局に置いてもよい。この場合は、送信データ取得部３１は、放送するコンテンツとなる音声データとその先頭からの時間とに基づいて、送信データを取得し、送信回路６３は音声データを含む放送データを送信する。また、デジタル放送に対応したラジオが放送データを受信しスピーカからその音声を出力すればよい。
【符号の説明】
【００６５】
１ 送信装置、２ 受信装置、６ 局側装置、７ テレビ、１１，２１，６１ プロセッサ、１２，２２ メモリ、１３，２３ 表示操作部、１４，７３ ＤＡ変換器、１５，７４ スピーカ、２４ ＡＤ変換器、２５ マイク、３１ 送信データ取得部、３２ 符号化部、３３ 音声出力部、４１ 音声入力部、４２ 抽出部、４３ 復号部、５１，５２ 同期信号、５３ 伝送信号区間、６２ 記憶部、６３ 送信回路、７１ 受信回路、７２ 表示回路、Ｔｎ，Ｔｔ０，Ｔｔ１ 時間幅。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データを取得する手段と、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、
を含むことを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記出力音声データは、非可聴周波数帯の音声を示すデータである、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記非可聴周波数帯は、２０ｋＨｚ以上である、
ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記符号化手段は、前記出力音声データが示す音声の振幅変化を抑制するように当該出力音声データを出力する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の送信装置。
【請求項５】
前記符号化手段は、前記出力音声データが前記送信データに応じて複数の有音区間と隣り合う有音区間の間の無音区間とを有する音声を示し、かつ前記各有音区間は振幅が徐増する区間および振幅が徐減する区間のうち少なくとも一方を含むように当該出力音声データを出力する、
ことを特徴とする請求項４に記載の送信装置。
【請求項６】
前記複数の有音期間のそれぞれの時間幅は、予め定められた所定数の時間幅のうちいずれかである、
ことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の送信装置。
【請求項７】
送信データを取得するステップと、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、
を含むことを特徴とする送信方法。
【請求項８】
送信データを取得する手段、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段、および、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項９】
マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項１０】
前記入力音声データが示す音声から非可聴周波数帯の音声を抽出した抽出音声データを生成する抽出手段をさらに含み、
前記復号手段は、前記抽出音声データに基づいて前記送信データを復号する、
ことを特徴とする請求項９に記載の受信装置。
【請求項１１】
前記復号手段は、前記抽出音声データが示す複数の有音区間であって、前記マイクに順に入力される複数の有音区間のそれぞれの時間の長さに基づいて前記送信データを復号する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の受信装置。
【請求項１２】
マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声に基づいてＡＤ変換器を介してＰＣＭ形式の入力音声データを取得する入力ステップと、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、
を含むことを特徴とする受信方法。
【請求項１３】
マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段、および、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１４】
送信装置と受信装置とを含む通信システムであって、
前記送信装置は、
送信データを取得する手段と、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、
を含み、
前記受信装置は、
前記スピーカが出力しマイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、
を含む、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１５】
送信データを取得するステップと、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、
前記スピーカが出力しマイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力ステップと、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
【請求項１】
送信データを取得する手段と、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、
を含むことを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記出力音声データは、非可聴周波数帯の音声を示すデータである、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記非可聴周波数帯は、２０ｋＨｚ以上である、
ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記符号化手段は、前記出力音声データが示す音声の振幅変化を抑制するように当該出力音声データを出力する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の送信装置。
【請求項５】
前記符号化手段は、前記出力音声データが前記送信データに応じて複数の有音区間と隣り合う有音区間の間の無音区間とを有する音声を示し、かつ前記各有音区間は振幅が徐増する区間および振幅が徐減する区間のうち少なくとも一方を含むように当該出力音声データを出力する、
ことを特徴とする請求項４に記載の送信装置。
【請求項６】
前記複数の有音期間のそれぞれの時間幅は、予め定められた所定数の時間幅のうちいずれかである、
ことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の送信装置。
【請求項７】
送信データを取得するステップと、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、
を含むことを特徴とする送信方法。
【請求項８】
送信データを取得する手段、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段、および、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項９】
マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項１０】
前記入力音声データが示す音声から非可聴周波数帯の音声を抽出した抽出音声データを生成する抽出手段をさらに含み、
前記復号手段は、前記抽出音声データに基づいて前記送信データを復号する、
ことを特徴とする請求項９に記載の受信装置。
【請求項１１】
前記復号手段は、前記抽出音声データが示す複数の有音区間であって、前記マイクに順に入力される複数の有音区間のそれぞれの時間の長さに基づいて前記送信データを復号する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の受信装置。
【請求項１２】
マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声に基づいてＡＤ変換器を介してＰＣＭ形式の入力音声データを取得する入力ステップと、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、
を含むことを特徴とする受信方法。
【請求項１３】
マイクに入力される音声であって、送信データが符号化されてなる音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段、および、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１４】
送信装置と受信装置とを含む通信システムであって、
前記送信装置は、
送信データを取得する手段と、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化手段と、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させる出力手段と、
を含み、
前記受信装置は、
前記スピーカが出力しマイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力手段と、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号手段と、
を含む、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１５】
送信データを取得するステップと、
前記送信データが符号化されてなるＰＣＭ形式の出力音声データを出力する符号化ステップと、
前記出力音声データをＤＡ変換器に変換させることにより、当該出力音声データに応じた音声をスピーカに出力させるステップと、
前記スピーカが出力しマイクに入力される音声を示すＰＣＭ形式の入力音声データをＡＤ変換器を介して取得する入力ステップと、
前記入力音声データに基づいて前記送信データを復号する復号ステップと、
を含むことを特徴とする通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４２３９９（Ｐ２０１３−４２３９９Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８５７８（Ｐ２０１１−１７８５７８）
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【特許番号】特許第５１０６６６４号（Ｐ５１０６６６４）
【特許公報発行日】平成２４年１２月２６日（２０１２．１２．２６）
【出願人】（３９９０３７４０５）楽天株式会社 (416)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【特許番号】特許第５１０６６６４号（Ｐ５１０６６６４）
【特許公報発行日】平成２４年１２月２６日（２０１２．１２．２６）
【出願人】（３９９０３７４０５）楽天株式会社 (416)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]