JPH0439927B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、音声信号の秘話方式に用いる秘話音
声信号送出装置に係り、特に、高速フーリエ変換
技術もしくは高速アダマール変換技術を用いた秘
話方式の秘話音声信号挿入装置に関するものであ
る。

（従来技術とその問題点） 秘話方式としては、従来から、周波数反転法
や、音声信号を周波数軸上で複数の周波数スロツ
トに分割して、これらのスロツトを入換えたりス
ロツト内で周波数反転を行う方式等の如く周波数
軸上で信号処理する方式と、音声信号を時間的に
ブロツクで区切つて１ブロツク内でサンプル値の
順を入換える方法、サンプル値の極性を変える方
法等の如く時間軸上の処理による方法が広く知ら
れている。

また、近年では、周波数軸上の信号処理と時間
軸上の信号処理とを組合わせた方式や直交変換を
利用した方式等が提案されている。

この種の従来例には、特開昭56−153862号公開
特許公報に開示された方式がある。この方式は、
信号に高速フーリエ変換もしくは高速アダマール
変換を施して得られたスペクトラムの配列を予め
定められた規則に従つて、入換え、これに逆変換
を施して信号を伝送する方式である。

上述した従来技術は、スペクトラム入換えのた
めの規則、すなわち暗号化キーの種類が多くたと
え秘話信号を傍聴してもその秘話信号に採用され
ているスペクトラム入換え規則を検知してこれを
正確に適用して正しく音声信号を復号することは
困難で、一見秘話性が高いといえる。しかしなが
ら、術来技術は、原音声信号のスペクトラムを単
に入変える操作だけであるから、秘話操作の前後
における信号のエネルギー総量は何らの変化を受
けていない。従つて、秘話操作が施された秘話音
声信号にも原音声の抑揚はそのまま残留する。こ
のため、秘話信号から原音声の強弱または原音声
中の無音区間を容易に識別することができる。例
えば、定形的な会話を行う通信において秘話操作
をしても、その内容を経験的に判断して理解可能
なこともある。また、秘話音声から直接通話内容
を判別できない場合でも、暗号解読の対象とすべ
き有音区間は容易に識別できる。このように、従
来の秘話信号は秘話性が低いという大きな欠点を
有している。

さらに、従来技術がスペクトラムを入換えるだ
けの操作であることから、話頭、語尾など音声の
エネルギーが少ない場合や、摩擦音のようにエネ
ルギーが少なくスペクトラムが平坦に近い場合に
は、秘話効果が少ない。

（発明の目的と特徴） 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点に鑑
み、音声信号における無音区間のように音声エネ
ルギーが少ない区間や摩擦音のようにエネルギー
が少なくスペクトラムが平坦に近い区間の識別が
困難であり、抑揚の残留することのない秘話性の
高い秘話音声が得られる秘話音声信号送出装置を
提供することにある。

本発明装置は、この目的を達成するために、時
系列信号である音声信号に一定周期毎に直交変換
を施して得られる周波数スペクトラムを周波数軸
上で複数のブロツクに分割して複数の周波数スペ
クトラムブロツクを得る変換手段と、該複数のス
ペクトラムブロツクのうち当該周波数スペクトラ
ムブロツクの電力値が予め定めた電力値より小さ
い周波数スペクトラムブロツクを擬似スペクトラ
ムと置換して置換周波数スペクトラムを得る擬似
スペクトラム挿入手段と、該置換周波数スペクト
ラムに対して予め定めた規則に従つて周波数スペ
クトラムの入換えを行つた入換周波数スペクトラ
ムを得るスペクトラム入換手段と、前記入換周波
数スペクトラムに逆直交変換を施して時系列の秘
話音声信号を得る逆変換手段と、該時系列の秘話
音声信号を伝送路に送出する送出手段とを備えた
構成を有している。

従つて、本発明の秘話音信号送出装置により送
出された秘話音声信号を受信する場合には、受信
信号に直交変換を施し、得られたスペクトラムに
対し送信側とは逆の入換えを行い、擬似スペクト
ラムを削除した後、逆直交変換することにより復
号音声を得ることができる。

擬似スペクトラムは、実際の音声スペクトラム
には出現しないような電力分布を持ち、受信側で
正しい暗号化キーで復号した場合にのみ識別可能
である。

削除されるスペクトラム部分は、本来の音声に
とつて影響の少ない部分であるので、復号後の音
声品質に影響を与えない。一方、挿入される擬似
スペクトラムはある範囲内の電力を持つので、入
換え後は妨害成分として働き、原音声の抑揚を制
御し、本来の音量が小さい場合には音声情報をマ
スクする効果を持つ。

（発明の構成と作用） 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

なお、以下の説明では、信号の直交変換手段と
して高速フーリエ変換を採用する。第１図は本発
明の一実施例を示す。第１図においては、１は送
信音声信号の入力端子、２はＡ／Ｄ変換器、３は
高速フーリエ変換回路（FFT回路）、４は擬似ス
ペクトラム挿入回路、５はスペクトラム入換回
路、６は逆高速フーリエ変換回路（IFFT回路）
７ははＤ／Ａ変換回路、８は合成回路、９は出力
端子、１０はスペクトラム入換制御回路、１１は
周期用信号発生回路、１２はタイミング発生回路
を示す。

入力端子１から入力された4kHz帯域の音声信
号は、Ａ／Ｄ変換器２によりデイジタル信号に変
換され、FFT回路３により高速フーリエ変換を
施され、一定周期毎に周波数軸上の信号に変換さ
れる。擬似スペクトラム挿入回路４は、FFT回
路３によつて得られたスペクトラムを複数の係数
を単位として帯域を複数ブロツクに分割しブロツ
ク毎の総電力を計算し、ある一定の閾値以下の場
合には、そのブロツクを擬似スペクトラムと置換
する。その閾値は、原音声のスペクトラムを削除
しても復号音声品質に影響が無いように選ぶ必要
がある。挿入される擬似スペクトラムは、一定範
囲の電力を持つ係数と電力“０”の係数から成
り、これらの係数が現実の音声スペクトラムでは
あり得ないような順で配列されている。擬似スペ
クトラムの一例として、係数の間で入換えを行う
とき、５係数を１ブロツクとして17ブロツクに分
割し、第３図に示すように、１ブロツク内の５係
数のうち１係数おきの３係数を閾値TH1より大
きく閾値TH2より小さい値の係数に入換え、他
の２係数を“０”にすることができる。しかも、
３係数の値は乱数を用いて無相関としておく。こ
のようにすれば、現実の音声スペクトラムの連続
する係数はある程度の相関を持つていることか
ら、受信側において擬似スペクトラムと音声スペ
クトラムとを容易に判別することができる。

擬似スペクトラムを挿入された周波数軸上の信
号は、スペクトラム入換回路５において、スペク
トラム入換制御回路１０が指示する予め定められ
た規則により入換えられる。この入換え規則とし
ては、前述した従来技術（特開昭56−153862号）
に開示されたように、１係数を単位として入換え
ることが秘話性を高める上で有効な方法である。

スペクトラム入換えを受けた周波数軸上の信号
は、IFFT回路６により時間軸信号に変換され
る。その後Ｄ／Ａ変換回路７によりアナログ信号
に変換され、さらに同期用信号発生回路１１で発
生された各フレームを識別するための同期用信号
と合成回路８で合成され出力端子９から出力され
る。同期信号としては、アナログ信号を標本化す
るためのサンプル同期とFFTの１フレーム分の
同期をとるフレーム同期が必要となる。本実施例
では、第４図に示す如く、音声信号の帯域外にフ
レーム同期で変調したパイロツト信号F_sを挿入す
る方法をとる。第４図において、f₁を音声信号下
限周波数、f₂を音声信号上限周波数、f₃を伝送路
の伝送帯域上限周波数とするとき、前記パイロツ
ト信号f_s′をf₂とf₃との間に挿入する。

なお、本実施例において、FFT回路３とIFFT
回路６は、同一機能であるから、一つの回路を時
分割で使用することもできる。

第５図に擬似スペクトラム挿入回路４の構成例
を示す。本図中電力計算回路４−１は、原音声ス
ペクトラムのブロツク毎の総電力を計算し、擬似
スペクトラムと置換すべきかの判断を下す。擬似
スペクトラム発生回路４−２は、一定範囲内の電
力を持つ擬似スペクトラムを発生する。係数の値
は一定の範囲内で、乱数発生回路４−３の発生す
る乱数に従つて定められる。高速フーリエ変換回
路３の出力をとるか擬似スペクトラム発生回路４
−２の出力をとるかの動作は、電力計算回路４−
１の制御の下でセレクタ４−４が行う。

次に、本発明装置により伝送された秘話信号を
受信する受信側の一例について説明する。

第２図に受信側における回路の一例を示す。図
において、１３は入力端子、１４は同期信号除去
のためのフイルタ、１６は擬似スペクトラム除去
回路、１７は出力端子、２０は同期信号抽出回路
であり、他の符号２ａ，３ａ，５ａ，６ａ，７
ａ，１０ａ，１２ａの回路は第１図の２，３，
５，６，７，１０，１２の回路と、それぞれ同様
である。入力端子１３に加えられた信号は、フイ
ルタ４により同期信号成分を除去され、FFT回
路３ａにより周波数軸上の信号に変換され、スペ
クトラム入換回路５ａにおいて、送信側と逆の入
換を施される。擬似スペクトラム除去回路１６で
は並べ換えられた周波数軸上の信号を各ブロツク
毎に、擬似スペクトラムか否かを判定し、擬似ス
ペクトラムは除去し、全て“０”のスペクトラム
と置換する。この後、IFFT回路６ａにより、時
系列信号に変換された信号は、Ｄ／Ａ変換記７ａ
を経てアナログ信号となり、出力端子１７より出
力される。なお、各部のタイミングは同期出力抽
出回路２０により分離された同期信号からタイミ
ング発生回路１２ａが作り出す同期タイミング信
号により制御されている。

次に、この受信側の具体例に用いられている擬
似スペクトラム除去回路１６について詳説する。

第６図に擬似スペクトラム除去回路１６の構成
例を示す。本図中、擬似スペクトラム判定回路１
６−１は各ブロツク内のFFT係数間の相関を計
算し、相関が一定値未満の場合に擬似スペクトラ
ムと判定し、全スペクトラム発生部から発生され
る全て“０”のスペクトラムとセレクタ１６−３
を用いて置換する。

一例として、以下の(1)式で定められる係数Ｃを
導入し、擬似スペクトラムを判断する。

式(1)では、１ブロツクが５係数からなるとし、
Si（ｉ＝１〜５）は１ブロツク内におけるFFT係
数の値（複素数値）を示す。前記第３図の場合に
おいて、雑音の影響を無視したとき、擬似スペク
トラムに対するＣは“０”となる。一方、現実の
音声スペクトラムでは、隣接する係数は何らかの
相関を持ち、Ｃは１に近い値を示すので、判定が
可能になる。擬似スペクトラムブロツク内の係数
の配列は、当係数Ｃが小さくなるような配列であ
れば、特に前記第３図の例に従う必要はなく、各
ブロツク毎に独立に定めてもよい。

なお、擬似スペクトラムブロツク内の係数の配
列が、特定の数種に限定される場合には、２通り
の閾値との比較によつてブロツク内のスペクトラ
ムの有無を認識して擬似スペクトラムを判定する
判定回路を、上記の代りに採用してもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
音声スペクトラムのうちのエネルギーの小さな部
分を擬似スペクトラムと置換することにより、秘
話音声に原音声の抑揚、無声、摩擦音といつた特
徴を残留させることがないので、秘話効果を一層
高めることができる。

すなわち、 (a) 無音区間や摩擦音の識別が困難であり、抑揚
の残留することのない秘話音声が得られ、秘話
性の高い音声信号の秘話方式を提供することが
できる。

(b) 音声の特性に応じて原音声から削除する帯域
を適応的に変化させ、原音に対する影響が少な
い帯域を選択して擬似スペクトラムを挿入して
いるため、復号品質はほとんど劣化しない。ま
た伝送可能な信号周波数にも制約はない。

(c) 挿入された擬似スペクトラムを受信側で擬似
スペクトラムと判断し、除去するために、擬似
スペクトル１ブロツク内のスペクトル分布が、
実際の音声信号とは異なつたスペクトル分布を
持つように選ばれており、どの周波数帯域を削
除したかについて情報を伝送する必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第
２図は本発明により伝送された秘話信号を受信す
る受信側の構成例を示すブロツク図、第３図は本
発明において採用される擬似スペクトラムの挿入
規則を説明するための周波数スペクトラム配列
図、第４図は本発明に用いられる同期信号の伝送
を説明するための周波数配列図、第５図は第１図
の実施例に用いられる擬似スペクトラム挿入回路
の具体例を説明するためのブロツク図、第６図は
第２図の受信側構成例に用いられる擬似スペクト
ラム除去回路の１例を示すブロツク図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 時系列信号である音声信号に一定周期毎に直
   交変換を施して得られる周波数スペクトラムを周
   波数軸上で複数のブロツクに分割して複数の周波
   数スペクトラムブロツクを得る変換手段と、 該複数のスペクトラムブロツクのうち当該周波
   数スペクトラムブロツクの電力値が予め定めた電
   力値より小さい周波数スペクトラムブロツクを擬
   似スペクトラムと置換して置換周波数スペクトラ
   ムを得る擬似スペクトラム挿入手段と、 該置換周波数スペクトラムに対して予め定めた
   規則に従つて周波数スペクトラムの入換えを行つ
   た入換周波数スペクトラムを得るスペクトラム入
   換手段と、 前記入換周波数スペクトラムに逆直交変換を施
   して時系列の秘話音声信号を得る逆変換手段と、 該時系列の秘話音声信号を伝送路に送出する送
   出手段と を備え、 該伝送路の受信側で該伝送路に送出された前記
   時系列の秘話音声信号に直交変換を施し、得られ
   たスペクトラムに対し送信側とは逆の入れ換えを
   行い、前記擬似スペクトラムを削除した後、逆直
   交変換することにより復号音声信号を得ることが
   できるように構成された秘話音声信号送出装置。 ２ 前記直交変換が高速フーリエ変換（FET）
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の秘話音声信号送出装置。 ３ 前記直交変換が高速アダマール変換であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の秘話
   音声信号送出装置。