JP4911385B2 - データ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、データ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムに関する。
従来、ＩＰ（Internet Protocol）ネットワークを利用したＶｏＩＰ（Voice over IP）のような、広帯域ネットワークでの音声通信において、情報隠蔽技術を用いた高付加価値なデータ通信方法が提案されている。なお、情報隠蔽技術とは、伝送量を全く変えることなく情報を付与することが可能であり、音質も大きく損ねることがない技術である。また、ＶｏＩＰにおいては、音声符号化方式として、音声を対数量子化して圧縮するｌｏｇ−ＰＣＭ（Pulse Code Modulation：パルス符号変調）が最もよく用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
情報隠蔽方式の中で、もっとも古典的で情報を多量に埋め込むことができる手法として、最下位ビット置換法（Least Significant Bit
Substitution Method、以下「ＬＳＢ置換法」という）がある。一般に、ＰＣＭなどの信号の振幅を表すビットにおいては、最下位ビットが変化することによる影響は小さいため、ＬＳＢ置換法では、最下位ビットを伝送したいビットに置換することにより情報を埋め込んでいる。このため、ＬＳＢ置換法は、サンプリング周波数と同じ埋め込み量となる。
Substitution Method、以下「ＬＳＢ置換法」という）がある。一般に、ＰＣＭなどの信号の振幅を表すビットにおいては、最下位ビットが変化することによる影響は小さいため、ＬＳＢ置換法では、最下位ビットを伝送したいビットに置換することにより情報を埋め込んでいる。このため、ＬＳＢ置換法は、サンプリング周波数と同じ埋め込み量となる。
ＬＳＢ置換法をリニアＰＣＭに適用する場合には、置換によって生じる歪み量は振幅値に関わらず一定となる。しかし、ｌｏｇ−ＰＣＭに対して埋め込む場合、振幅が大きくなるほど粗く量子化されるため、置換により生じる歪み量が大きくなり、音質劣化が大きくなるという問題がある。
この問題を解決するために、振幅の小さいサンプルのみに埋め込む選択的埋め込み方式が提案されている（例えば、非特許文献２または特許文献１参照）。選択的埋め込み方式では、まずサンプル列をフレームに区切り、フレーム内のサンプルの絶対値を昇順にソートする。そして、振幅の小さいサンプルからある個数までの最下位ビットに対しＬＳＢ置換法を行った後、置換されたサンプルを元の順序に戻して伝送する。振幅の大きい部分にはＬＳＢ置換法を行わないため、生じる歪みを軽減することができる。また、埋め込む量は、１フレーム内の操作に用いるサンプル数により変更でき、１フレーム内の全てのサンプルを用いる場合にはＬＳＢ置換法と等しくなる。
なお、ＶｏＩＰにおける他の音声符号化方式として、ＡＤＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code Modulation：適応差分パルス符号変調）がある（例えば、非特許文献３参照）。ＡＤＰＣＭでは、過去のサンプルなどから現時刻のサンプルの聴覚的な歪み許容量を推定し、それに応じて量子化幅を適応的に変化させている。
International Telecommunication Union，"G.711, Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies"， 1988
青木直史，「ステガノグラフィによる高付加価値通信の可能性」，信学技報，2003， No.11， p.41-46
特開２００５−１１００１８号公報
International Telecommunication Union，"G.726, 40, 32, 24, 16 kbit/s Adaptive Differential Pulse Code Modulation(ADPCM)"， 1990
ｌｏｇ−ＰＣＭに対して、非特許文献２または特許文献１に記載された選択的埋め込み方式を適用した場合、サンプルを置換することにより生じる歪みを小さくすることはできるが、人が知覚したときに、置換したサンプルの音質が実際に劣化しているかどうかは不明であるという課題があった。すなわち、振幅が大きいサンプルほど、置換を行うことにより生じる歪みは大きくなるが、マスキングなどの人の聴覚的な特性により、この歪みが常に人に知覚されているとは限らず、逆に、振幅が小さいサンプルを置換した場合であっても、人に知覚されることもありえる。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、情報を埋め込んだデータの品質劣化を、人の検知限度内に抑制することができるデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明者等は、所定のデータに情報を埋め込むとき、サンプルを置換することにより生じる歪み量が、人が検知できない範囲内、すなわち人の検知限度内であるかどうかを判定することで、置換可能の判定を行う方法を検討した。その結果、本発明者等は、実際に通信を行う符号化手段より高い圧縮率を有する符号化手段を利用することにより、歪み量が検知限の範囲内かどうかを判定する方法を見出した。
すなわち、本発明に係るデータ通信方法は、所定のデータを第１符号化方式により１サンプルあたり複数ビットのデジタル信号に符号化する符号化ステップと、前記デジタル信号の各サンプルごとに、一部のビットにいかなる情報を埋め込んでも、その情報を埋め込んだサンプルに基づくデータを前記第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込む前のサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込む埋込ステップと、各サンプルを送信する送信ステップと、送信された各サンプルを受信する受信ステップと、受信された各サンプルから、埋め込まれた前記補助信号を抽出する抽出ステップと、前記第１符号化方式に基づいて各サンプルを復号する復号ステップとを、有することを特徴とする。
また、本発明に係るデータ通信システムは、所定のデータを第１符号化方式により１サンプルあたり複数ビットのデジタル信号に符号化する符号化手段と、前記デジタル信号の各サンプルごとに、一部のビットにいかなる情報を埋め込んでも、その情報を埋め込んだサンプルに基づくデータを前記第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込む前のサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込む埋込手段と、各サンプルを送信する送信手段と、送信された各サンプルを受信する受信手段と、受信された各サンプルから、埋め込まれた前記補助信号を抽出する抽出手段と、前記第１符号化方式に基づいて各サンプルを復号する復号手段とを、有することを特徴とする。
本発明に係るデータ通信プログラムは、コンピュータを、所定のデータを第１符号化方式により１サンプルあたり複数ビットのデジタル信号に符号化する符号化手段と、前記デジタル信号の各サンプルごとに、一部のビットにいかなる情報を埋め込んでも、その情報を埋め込んだサンプルに基づくデータを前記第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込む前のサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込む埋込手段と、各サンプルを送信する送信手段と、送信された各サンプルを受信する受信手段と、受信された各サンプルから、埋め込まれた前記補助信号を抽出する抽出手段と、前記第１符号化方式に基づいて各サンプルを復号する復号手段として、機能させることを特徴とする。
本発明に係るデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムでは、情報を埋め込んだサンプルを、第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込んでいないサンプルを第２符号化方式により符号化した信号と同じであれば、許容歪み範囲内であると判断している。このとき、高圧縮率の第２符号化方式でデータ通信を行った場合には、埋め込んだ情報の有無に関わらず、同じ信号が得られるため、第２符号化方式の圧縮率のレベルでは、データの品質の劣化が生じていないことになる。このため、人の検知限度内となる圧縮率レベルの第２符号化方式を利用することにより、情報を埋め込んだときに生じる歪み量によるデータの品質劣化を、人の検知限度内に抑えることができる。
本発明に係るデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムで、情報を埋め込むビットは、サンプル中のいかなる位置のビットでもよく、例えば、サンプルの下位の複数ビットから成り、場合に応じて埋め込む下位ビット数を変化させてもよい。通信するデータは、音声データなど、いかなるデータであってもよい。また、埋め込む情報も、いかなる情報であってもよい。なお、圧縮率は、デジタル信号が単位時間当たりに転送されるデータ量を指すビットレートで指定され、ビットレートが大きいほど高く、ビットレートが小さいほど低い。
本発明に係るデータ通信方法で、前記埋込ステップは、前記デジタル信号の各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込み、前記抽出ステップは、受信された各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットから前記補助情報を抽出することが好ましい。
本発明に係るデータ通信システムで、前記埋込手段は、前記デジタル信号の各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込み、前記抽出手段は、受信された各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットから前記補助情報を抽出することが好ましい。
本発明に係るデータ通信プログラムで、前記埋込手段は、前記デジタル信号の各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込み、前記抽出手段は、受信された各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットから前記補助情報を抽出することが好ましい。
この一部のビットを０または１にする場合、一部のビットを０にしたときと１にしたときとでサンプルの値が最も離れるため、それらを第２符号化方式で符号化した信号が同じ信号になるとき、そのビットにいかなる情報を埋め込んでも許容歪み範囲内であると判定することができる。また、抽出手段により、受信された各サンプルのみから埋め込み判定を行って補助情報を抽出することができ、原信号を必要としないブラインド検出が可能である。
本発明に係るデータ通信方法で、前記所定のデータは音声情報を符号化したＰＣＭ信号から成り、前記第１符号化方式は前記ＰＣＭ信号を対数量子化する手段から成り、前記第２符号化方式は前記ＰＣＭ信号を圧縮可能なＡＤＰＣＭから成ることが好ましい。
本発明に係るデータ通信システムで、前記所定のデータは音声情報を符号化したＰＣＭ信号から成り、前記第１符号化方式は前記ＰＣＭ信号を対数量子化する手段から成り、前記第２符号化方式は前記ＰＣＭ信号を圧縮可能なＡＤＰＣＭから成ることが好ましい。
本発明に係るデータ通信プログラムで、前記所定のデータは音声情報を符号化したＰＣＭ信号から成り、前記第１符号化方式は前記ＰＣＭ信号を対数量子化する手段から成り、前記第２符号化方式は前記ＰＣＭ信号を圧縮可能なＡＤＰＣＭから成ることが好ましい。
この音声情報に基づくデータを通信する場合、ＶｏＩＰなどの音声データ通信の情報隠蔽技術として利用することができ、情報を埋め込んだ音声データの音質劣化を、人の検知限度内に抑制することができる。また、音声符号化方式として一般的な、ＰＣＭ信号を対数量子化して圧縮するｌｏｇ−ＰＣＭやＡＤＰＣＭを利用して、容易に実現することができる。
本発明に係るデータ通信方法は、符号化ステップにより符号化されたデジタル信号の各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットに補助情報を埋め込む微小区間埋込ステップと、受信ステップにより受信された各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットから補助情報を抽出する微小区間抽出ステップとを有し、所定の値より大きい値のサンプルに対して埋込ステップおよび抽出ステップを実行してもよい。
本発明に係るデータ通信システムは、符号化手段により符号化されたデジタル信号の各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットに補助情報を埋め込む微小区間埋込手段と、受信手段により受信された各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットから補助情報を抽出する微小区間抽出手段とを有し、所定の値より大きい値のサンプルに対して埋込手段および抽出手段を実行してもよい。
本発明に係るデータ通信プログラムは、符号化手段により符号化されたデジタル信号の各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットに補助情報を埋め込む微小区間埋込手段と、受信手段により受信された各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットから補助情報を抽出する微小区間抽出手段とを有し、所定の値より大きい値のサンプルに対して埋込手段および抽出手段を実行してもよい。
この微小区間に補助情報を埋め込む場合、サンプルの値が所定の値より小さい微小区間には、有効なデータが含まれていないため、データの品質劣化を気にすることなく補助情報を埋め込むことができる。これにより、埋め込む補助情報の量を増やすことができる。
本発明に係るデータ通信システムは、符号化手段により符号化されたデジタル信号の各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットに補助情報を埋め込む微小区間埋込手段と、受信手段により受信された各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットから補助情報を抽出する微小区間抽出手段とを有し、所定の値より大きい値のサンプルに対して埋込手段および抽出手段を実行してもよい。
本発明に係るデータ通信プログラムは、符号化手段により符号化されたデジタル信号の各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットに補助情報を埋め込む微小区間埋込手段と、受信手段により受信された各サンプルごとに、その値が所定の値より小さいとき、一部のビットから補助情報を抽出する微小区間抽出手段とを有し、所定の値より大きい値のサンプルに対して埋込手段および抽出手段を実行してもよい。
この微小区間に補助情報を埋め込む場合、サンプルの値が所定の値より小さい微小区間には、有効なデータが含まれていないため、データの品質劣化を気にすることなく補助情報を埋め込むことができる。これにより、埋め込む補助情報の量を増やすことができる。
本発明によれば、情報を埋め込んだデータの品質劣化を、人の検知限度内に抑制することができるデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムを提供することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムを示している。なお、本発明の実施の形態のデータ通信システムは、本発明の実施の形態のデータ通信プログラムを使用して、本発明の実施の形態のデータ通信方法を実施可能である。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムを示している。なお、本発明の実施の形態のデータ通信システムは、本発明の実施の形態のデータ通信プログラムを使用して、本発明の実施の形態のデータ通信方法を実施可能である。
図１に示すように、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムは、音声情報を符号化したｌｏｇ−ＰＣＭのデータに対して情報隠蔽技術を用いることにより、下位互換性を保ちつつ、高付加価値な音声通信方式を可能とするものである。
図２および図３に示すように、本発明の実施の形態のデータ通信システムは、符号化手段１１と埋込手段１２と送信手段（図示せず）と受信手段（図示せず）と抽出手段１３と復号手段１４とを有している。
図２および図３に示すように、本発明の実施の形態のデータ通信システムは、符号化手段１１と埋込手段１２と送信手段（図示せず）と受信手段（図示せず）と抽出手段１３と復号手段１４とを有している。
図２に示すように、符号化手段１１は、log-PCM Encoderから成り、ＰＣＭ信号ｘlinをいわゆるｌｏｇ−ＰＣＭにより対数量子化して、１サンプルあたり８ビットのデジタル信号ｘlogに符号化するようになっている。なお、ＰＣＭ信号ｘlinは、アナログの音声情報を、あらかじめ１４ビットのデジタル信号に符号化したものである。また、ｌｏｇ−ＰＣＭが、第１符号化方式を成している。
図２に示すように、埋込手段１２は、埋め込み判定部２１と埋込部（Embedder）２２とを有している。埋め込み判定部２１は、符号化手段１１で符号化されたデジタル信号ｘlogの各サンプルごとに、以下の手順で補助情報を埋め込み可能かどうかの判定を行うようになっている。まず、８ビットの各サンプルごとに、下位のｎビット（ｎは８以下の所定の整数）を０に置換したサンプルｘlog0を作成し、そのサンプルｘlog0を一旦ＰＣＭ信号に戻してから、ADPCM Encoder２３によりＡＤＰＣＭで符号化して符号化値Ｉ0を算出する。また、同じサンプルｘlogの下位のｎビットを１に置換したサンプルｘlog1を作成し、そのサンプルｘlog1を一旦ＰＣＭ信号に戻してから、ADPCM Encoder２３によりＡＤＰＣＭで符号化して符号化値Ｉ1を算出する。符号化値Ｉ0と符号化値Ｉ1とが同じ値（Ｉ0＝Ｉ1）のとき、埋め込み可能であると判定し、異なる値（Ｉ0≠Ｉ1）のとき、埋め込み不可であると判定する。
埋込手段１２は、埋め込み判定部２１で埋め込み可能であると判定された場合、埋込部２２でそのサンプルの下位のｎビットに補助情報を埋め込み、埋込サンプルｘembを作成するようになっている。埋め込み判定部２１で埋め込み不可であると判定された場合には、同じサンプルのｎ−１ビットに対して、埋め込み判定部２１により同様の判定を行う。埋め込み可能と判定されるまで、下位ビットの数を減らしながら同様の判定を行う。最下位ビットに対しても埋め込み不可と判定された場合には、そのサンプルには埋め込みは行わず、そのまま埋込サンプルｘembとする。なお、ADPCM Encoder２３は過去の信号に依存して符号化を行うことから、ADPCM Encoder２３に用いる過去信号として、埋め込みを行った後の埋込サンプルｘembを使用している。また、ＡＤＰＣＭが、第２符号化方式を成している。
送信手段は、埋込手段１２を経た各埋込サンプルｘembを、ＩＰネットワークなどの広帯域ネットワークを介して送信するようになっている。
受信手段は、送信手段から送信された各埋込サンプルｘembを、ＩＰネットワークなどの広帯域ネットワークを介して受信するようになっている。
受信手段は、送信手段から送信された各埋込サンプルｘembを、ＩＰネットワークなどの広帯域ネットワークを介して受信するようになっている。
図３に示すように、抽出手段１３は、埋め込み判定部２４と抽出部（Detecter）２５とを有している。埋め込み判定部２４は、受信手段で受信された各埋込サンプルｘembごとに、以下の手順で補助情報が埋め込まれているかどうかの判定を行うようになっている。まず、８ビットの各埋込サンプルｘembごとに、下位のｎビット（ｎは８以下の所定の整数）を０に置換したサンプルｘlog0を作成し、そのサンプルｘlog0を一旦ＰＣＭ信号に戻してから、ADPCM Encoder２６によりＡＤＰＣＭで符号化して符号化値Ｉ0を算出する。また、同じサンプルｘlogの下位のｎビットを１に置換したサンプルｘlog1を作成し、そのサンプルｘlog1を一旦ＰＣＭ信号に戻してから、ADPCM Encoder２６によりＡＤＰＣＭで符号化して符号化値Ｉ1を算出する。符号化値Ｉ0と符号化値Ｉ1とが同じ値（Ｉ0＝Ｉ1）のとき、埋め込み可能であると判定し、異なる値（Ｉ0≠Ｉ1）のとき、埋め込み不可であると判定する。
抽出手段１３は、埋め込み判定部２４で埋め込み可能であると判定された場合、抽出部２５でそのサンプルの下位のｎビットを埋め込まれた補助情報（Hidden data）として抽出するようになっている。埋め込み判定部２４で埋め込み不可であると判定された場合には、同じサンプルのｎ−１ビットに対して、埋め込み判定部２４により同様の判定を行う。埋め込み可能と判定されるまで、下位ビットの数を減らしながら同様の判定を行う。最下位ビットに対しても埋め込み不可と判定された場合には、そのサンプルには補助情報は埋め込まれていないと判断し、抽出は行わない。なお、抽出手段１３のADPCM Encoder２６は過去の信号に依存して符号化を行うことから、ADPCM Encoder２６に用いる過去信号として、受信手段で受信された埋込サンプルｘembを使用している。
復号手段１４は、log-PCM Decoderから成り、ｌｏｇ−ＰＣＭに基づいて、抽出手段１３を経た各埋込サンプルｘembを、１４ビットのＰＣＭ信号ｘ’linに復号するようになっている。
次に、作用について説明する。
本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムでは、まず、音声情報に基づくＰＣＭ信号ｘlinを、符号化手段１１によりｌｏｇ−ＰＣＭで１サンプルあたり８ビットのデジタル信号ｘlogに符号化する。埋込手段１２の埋め込み判定部２１により、デジタル信号ｘlogの各サンプルごとに、補助情報を埋め込み可能かどうかの判定を行う。埋込手段１２で下位のｎビットを０に置換したサンプルｘlog0と、１に置換したサンプルｘlog1とで、その値が最も離れるため、それらをＡＤＰＣＭで符号化した信号が同じ信号になるとき、そのビットにいかなる情報を埋め込んでも許容歪み範囲内であると判定する。
本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムでは、まず、音声情報に基づくＰＣＭ信号ｘlinを、符号化手段１１によりｌｏｇ−ＰＣＭで１サンプルあたり８ビットのデジタル信号ｘlogに符号化する。埋込手段１２の埋め込み判定部２１により、デジタル信号ｘlogの各サンプルごとに、補助情報を埋め込み可能かどうかの判定を行う。埋込手段１２で下位のｎビットを０に置換したサンプルｘlog0と、１に置換したサンプルｘlog1とで、その値が最も離れるため、それらをＡＤＰＣＭで符号化した信号が同じ信号になるとき、そのビットにいかなる情報を埋め込んでも許容歪み範囲内であると判定する。
このとき、高圧縮率のＡＤＰＣＭでデータ通信を行った場合には、埋め込んだ情報の有無に関わらず、同じ信号が得られるため、ＡＤＰＣＭの圧縮率のレベルでは、データの品質の劣化が生じていないことになる。ＡＤＰＣＭの圧縮率レベルが人の検知限度内であると考えられるため、情報を埋め込んだときに生じる歪み量によるデータの品質劣化を、人の検知限度内に抑えることができる。
埋め込み判定部２１により埋め込み可能であると判定された場合、埋込部２２でそのサンプルに補助情報を埋め込む。埋込手段１２を経た各埋込サンプルｘembを、送信手段により、ＩＰネットワークなどの広帯域ネットワークを介して送信する。送信された各埋込サンプルｘembを、受信手段により、ＩＰネットワークなどの広帯域ネットワークを介して受信する。
受信された各埋込サンプルｘembごとに、抽出手段１３の埋め込み判定部２４により、埋込手段１２の埋め込み判定部２４と同様にして、補助情報が埋め込まれているかどうかの判定を行う。埋め込み可能であると判定された場合、抽出部２５でそのサンプルから埋め込まれた補助情報（Hidden data）を抽出する。抽出手段１３を経た各埋込サンプルｘembを、復号手段１４によりｌｏｇ−ＰＣＭに基づいて、１４ビットのＰＣＭ信号ｘ’linに復号する。
このように、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムは、ＶｏＩＰなどの音声データ通信の情報隠蔽技術として利用可能である。また、補助情報を埋め込んだ音声データの音質劣化を、人の検知限度内に抑制することができる。音声符号化方式として一般的な、ＰＣＭ信号を対数量子化して圧縮するｌｏｇ−ＰＣＭやＡＤＰＣＭを利用して、容易に実現することができる。
本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムでは、抽出手段１３でADPCM Encoder２６を使用するとき、補助情報を埋め込んだ信号しか入手できないため、埋込手段１２でADPCM Encoder２３を使用するときにも、過去信号として埋め込みを行った後の埋込サンプルｘembを使用している。これにより、抽出手段１３でも、受信された埋込サンプルｘembのみから埋め込み判定を行って補助情報を正確に抽出することができ、原信号を必要としないブラインド検出を行うことができる。
［性能評価実験］
本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムの性能評価実験を行った。ＡＤＰＣＭは、３２ｋｂｐｓのものを使用した。音声情報として、ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製の「音素バランス1000文」を用い、その内の10音声を使用した。埋め込む補助情報は、乱数により生成した。性能の評価は、埋め込むことができるビットレート、および埋め込んだ際に生じる音質劣化について行った。比較対象として、ＬＳＢ置換法および選択的埋め込み方式について同様の性能評価を行った。音質劣化の評価手法として、ＰＥＳＱ（perceptual evaluation of speech quality；ITU-T P.862）を用いた。
本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムの性能評価実験を行った。ＡＤＰＣＭは、３２ｋｂｐｓのものを使用した。音声情報として、ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製の「音素バランス1000文」を用い、その内の10音声を使用した。埋め込む補助情報は、乱数により生成した。性能の評価は、埋め込むことができるビットレート、および埋め込んだ際に生じる音質劣化について行った。比較対象として、ＬＳＢ置換法および選択的埋め込み方式について同様の性能評価を行った。音質劣化の評価手法として、ＰＥＳＱ（perceptual evaluation of speech quality；ITU-T P.862）を用いた。
実験結果を、表１に示す。表１に示すように、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムは、ＰＥＳＱによる音質評価の結果、ＬＳＢ置換法および選択的埋め込み方式と比べて、音質劣化が小さいことが確認された。また、選択的埋め込み方式の２０００bpsの場合よりも少ない音質劣化で、約５５００bpsを埋め込むことが可能であることが示された。このように、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムは、従来のＬＳＢ置換法および選択的埋め込み方式と比べ、音質劣化の抑制効果が優れているといえる。
図４および図５に、埋め込んだ音声信号の一部、および、この時埋め込まれたビット数を示す。なお、埋め込むビットは、下位の３ビット（ｎ＝３）までとした。図５に示すように、サンプルに応じて埋め込むビット数が変化していることが確認された。
本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムでは、ＡＤＰＣＭを利用して埋め込み判定を行っているため、埋め込み後の音声は、ＡＤＰＣＭの音質へと近づいていく性質がある。ＡＤＰＣＭで符号化した音声をＰＥＳＱで評価した結果、4.19であった。このことから、埋め込み判定部２１により埋め込み可能と判定された下位のｎビットを、どのような値で置換した場合でも、4.19より劣化しないといえる。
なお、本発明の実施の形態のデータ通信方法、データ通信システムおよびデータ通信プログラムでは、ＡＤＰＣＭを利用して埋め込み判定を行っているが、ＡＤＰＣＭに限らず、他の符号化方式を用いる場合やマスキングなどの特性を模擬したモデルを用いる場合など、様々な判定方式が考えられる。
１１ 符号化手段
１２ 埋込手段
１３ 抽出手段
１４ 復号手段
２１ 埋め込み判定部
２２ 埋込部
２３ ADPCM Encoder
２４ 埋め込み判定部
２５ 抽出部
２６ ADPCM Encoder
１２ 埋込手段
１３ 抽出手段
１４ 復号手段
２１ 埋め込み判定部
２２ 埋込部
２３ ADPCM Encoder
２４ 埋め込み判定部
２５ 抽出部
２６ ADPCM Encoder
Claims (9)
- 所定のデータを第１符号化方式により１サンプルあたり複数ビットのデジタル信号に符号化する符号化ステップと、
前記デジタル信号の各サンプルごとに、一部のビットにいかなる情報を埋め込んでも、その情報を埋め込んだサンプルに基づくデータを前記第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込む前のサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込む埋込ステップと、
各サンプルを送信する送信ステップと、
送信された各サンプルを受信する受信ステップと、
受信された各サンプルから、埋め込まれた前記補助信号を抽出する抽出ステップと、
前記第１符号化方式に基づいて各サンプルを復号する復号ステップとを、
有することを特徴とするデータ通信方法。 - 前記埋込ステップは、前記デジタル信号の各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込み、
前記抽出ステップは、受信された各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットから前記補助情報を抽出することを、
特徴とする請求項１記載のデータ通信方法。 - 前記所定のデータは音声情報を符号化したＰＣＭ信号から成り、
前記第１符号化方式は前記ＰＣＭ信号を対数量子化する手段から成り、
前記第２符号化方式は前記ＰＣＭ信号を圧縮可能なＡＤＰＣＭから成ることを、
特徴とする請求項１または２記載のデータ通信方法。 - 所定のデータを第１符号化方式により１サンプルあたり複数ビットのデジタル信号に符号化する符号化手段と、
前記デジタル信号の各サンプルごとに、一部のビットにいかなる情報を埋め込んでも、その情報を埋め込んだサンプルに基づくデータを前記第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込む前のサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込む埋込手段と、
各サンプルを送信する送信手段と、
送信された各サンプルを受信する受信手段と、
受信された各サンプルから、埋め込まれた前記補助信号を抽出する抽出手段と、
前記第１符号化方式に基づいて各サンプルを復号する復号手段とを、
有することを特徴とするデータ通信システム。 - 前記埋込手段は、前記デジタル信号の各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込み、
前記抽出手段は、受信された各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットから前記補助情報を抽出することを、
特徴とする請求項４記載のデータ通信システム。 - 前記所定のデータは音声情報を符号化したＰＣＭ信号から成り、
前記第１符号化方式は前記ＰＣＭ信号を対数量子化する手段から成り、
前記第２符号化方式は前記ＰＣＭ信号を圧縮可能なＡＤＰＣＭから成ることを、
特徴とする請求項４または５記載のデータ通信システム。 - コンピュータを、
所定のデータを第１符号化方式により１サンプルあたり複数ビットのデジタル信号に符号化する符号化手段と、
前記デジタル信号の各サンプルごとに、一部のビットにいかなる情報を埋め込んでも、その情報を埋め込んだサンプルに基づくデータを前記第１符号化方式より高い圧縮率を有する第２符号化方式により符号化した信号が、情報を埋め込む前のサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込む埋込手段と、
各サンプルを送信する送信手段と、
送信された各サンプルを受信する受信手段と、
受信された各サンプルから、埋め込まれた前記補助信号を抽出する抽出手段と、
前記第１符号化方式に基づいて各サンプルを復号する復号手段として、
機能させることを特徴とするデータ通信プログラム。 - 前記埋込手段は、前記デジタル信号の各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットに補助情報を埋め込み、
前記抽出手段は、受信された各サンプルごとに、前記一部のビットを０にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号と、前記一部のビットを１にしたサンプルに基づくデータを前記第２符号化方式により符号化した信号とが同じ信号になるとき、前記一部のビットから前記補助情報を抽出することを、
特徴とする請求項７記載のデータ通信プログラム。 - 前記所定のデータは音声情報を符号化したＰＣＭ信号から成り、
前記第１符号化方式は前記ＰＣＭ信号を対数量子化する手段から成り、
前記第２符号化方式は前記ＰＣＭ信号を圧縮可能なＡＤＰＣＭから成ることを、
特徴とする請求項７または８記載のデータ通信プログラム。
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