JPH0529175B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は秘話装置に関し、特に音声信号のスペ
クトルを入換えて得たスクランブル出力の送受信
によつて秘話通信を行なう秘話装置に関する。

〔従来の技術〕 従来のこの種の秘話装置は、時間領域と周波数
領域でスクランブルを行なうものとの２通りのも
のがある。

時間領域でスクランブルを行なうものとして
は、(1)音声信号を時間的ブロツクで区切つて１ブ
ロツク内でのサンプル値の順序を入換える装置、
(2)サンプル値の極性を入換える装置等が代表的な
ものとされ、また、周波数領域でスクランブルを
行なうものとしては、(3)周波数反転法による装
置、(4)音声信号を周波数軸上で複数個の周波数ス
ロツトに分割し、これらのスロツトをあらかじめ
定めた規則に従つて入換えたり同一スロツトの中
で周波数を反転する装置、(5)前記(4)の入換えに利
用する規則を時間的に入換える装置等がある。

上述した諸装置のうち、(1)および(2)に示す時間
領域でスクランブルを行なう装置は、秘話性を高
めるための順序の入換えや極性の反転の頻度を大
とするとスクランブル出力の白色雑音化が進み伝
送路の周波数特性により明瞭度が劣化するという
問題がある。

一方、(3)、(4)および(5)に示す周波数領域のスク
ランブルを行なう装置にあつては、(3)の周波数反
転法は容易に解読され易く、(4)は秘話性を高めよ
うとすると鋭い周波数特性をもつフイルタを多数
必要とする。さらに(5)は(4)よりも解読し難いもの
が得られるものの狭帯域フイルタの時間応答が遅
いので、その切換えによる雑音が大きくなるとい
う問題がある。

上述した(1)〜(5)のかかえる欠点を排除するもの
として、上記(5)のスクランブル概念を基調とする
発明が特許出願公告、昭62−4021、「音声信号の
秘話伝送装置」に開示されている。

この発明は、狭帯域フイルタを利用する代り
に、音声信号に高速フーリエ変換（FFT）、ある
いは高速アダマール変換（FHT）を施してスペ
クトル入換えを行なつたのち、その逆変換を加え
て時間領域の信号として送信し、受信側では再び
これにFFTあるいはFHTを施して送信側で行な
つた入換えを復元したのち、さらに逆変換を加え
て音声信号を再生するものである。

この発明で開示されている装置によれば、
FFTもしくはFHTにおけるポイント数を多くと
ることのみによつてスペクトル数も増加させるこ
とができるので、前述した(1)〜(5)の従来技術に比
して暗号化、復号化を行なう際のキー数を多くす
ることが容易であり、従つて解読を困難とし秘匿
性を増大することができ、また、スクランブル実
施のためのスペクトル入換は演算処理によつて簡
単に行なうことができ、さらに、なまつたインパ
ルスレスポンスをもつ狭帯域フイルタも利用しな
くてすむため、スペクトル入換順序の切換えによ
る雑音も少なくなるといつたもろもろの利点を有
するとしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した時間領域および周波数領域におけるス
クランブル処理を利用する(1)〜(5)の各装置の欠点
を排除すべく発明された、上記公告昭62−4021の
装置にも次のような問題点がある。

すなわち、この種の秘話装置では、伝送すべき
音声信号のスペクトル配列を形成するために直交
変換を利用しており、それがFFTあるいはDFT、
もしくはFHTである。これらはいずれも実軸成
分と虚軸成分の両成分を利用するものであり、従
つて位相情報を伴なうスペクトル配列形成となつ
ている。この結果、次の２つの欠点が避けられな
い。

その１は、伝送路の位相特性の影響を直接受け
受信側での復元音声に聴覚的に極めて大きな音質
劣化をもたらすという欠点である。

このことは、スクランブルが存在しなければ伝
送路の位相特性の影響を受けても、その影響は連
続的変化にとどまり、復元音声に対する聴覚的影
響は殆んど現われないが、スクランブルを行えば
伝送路の位相特性の影響が不連続にあらわれるこ
とによる。

その２は、暗号化および復号化キーの選択の可
能性が低いという欠点である。

このことは、たとえば音声信号の処理単位を
256ポイントとすると、DFT等実軸と虚軸成分を
有する直交変換の場合256/2＝128ポイントの複素
スペクトルとして求まる。従つてキー選択の可能
性は、たかだか128！個に過ぎないこととなる。
なお、処理単位の256ポイントは、8kHzサンプリ
ングで32ｍSECのフレームを設定した場合である
が、この程度の時間的ブロツク長以下が音声信号
の処理単位として望ましいので、この8kHz、32
ｍSECで得られるものを対象として考慮したもの
である。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、直交変
換として実軸成分のみによつて実行される変換手
段を利用してスペクトル配列を作成することによ
り、伝送路の位相特性の問題を根本的に排除し、
キー選択の可能性を著しく改善しうる秘話装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の秘話装置は、伝送すべき音声信号に実
軸成分のみにより実行される直交変換を施して前
記音声信号のスペクトル配列を作成する第１の直
交変換手段と、この第１の直交変換手段によつて
作成したスペクトル配列をあらかじめ設定する規
則に従つて入換えてスクランブル出力を得る第１
のスペクトル入換手段と、前記スクランブル出力
に実軸成分のみにより実行される逆直交変換を施
した信号を伝送路に送出する第１の逆直交変換手
段と、前記伝送路に送出された信号に実軸成分の
みにより実行される直交変換を施してそのスペク
トル配列を作成する第２の直交変換手段と、この
第２の直交変換手段によつて作成されたスペクト
ル配列に対し前記第１のスペクトル入換手段によ
る入換えを復元するための再入換を行なつたスク
ランブル出力を得る第２のスペクトル入換手段
と、この第２のスペクトル入換手段によるスクラ
ンブル出力に実軸成分のみにより実行される逆直
交変換を施して前記音声信号の復号出力を得る第
２の逆直交変換手段とを備えて構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。第１図に示す実施例の構成は、入力端子
１、直交変換回路３、逆直交変換回路４、合成回
路５、スペクトル入換制御回路６、タイミング発
生回路７、同期信号発生回路８および出力端子９
を備えた送信側と、入力端子１１、フイルタ１
２、同期信号抽出回路１３、直交変換回路１４、
スペクトル入換回路１５、逆直交変換回路１６、
スペクトル入換制御回路１７、タイミング発生回
路１８および出力端子１９を備えた受信側とから
成り、これら送信側と受信側は伝送路１０を介し
て秘話データの送受を行なう。

送信側について言えば、直交変換回路２は第１
の直交変換手段であり、またスペクトル入換回路
３とこれを制御するスペクトル入換制御回路６が
第１のスペクトル入換手段であり、逆直交変換回
路４が第１の逆直交変換手段であり、これらに加
え所定の時間長の処理ブロツク単位としてのフレ
ーム識別用の同期信号と逆直交変換回路４の出力
とを合成すべき合成回路５と同期信号発生回路８
とを併置し全体はタイミング発生回路７の出力す
るタイミング信号でその動作を制御される。

また、受信側について言えば、直交変換回路１
４が第２の直交変換手段であり、スペクトル入換
制御回路１７によつて制御されるスペクトル入換
回路１５が第２のスペクトル入換手段であり、逆
直交変換回路１６が第２の逆直交変換手段を形成
し、これらはタイミング発生回路１８によつてそ
の動作を制御される。この受信側はまた、送受信
間のフレーム同期を行なうための同期信号を抽出
する同期信号抽出回路１３と、同期信号除去用の
フイルタ１２とを併置している。

なお、送信側における合成回路５と同期信号発
生回路８、ならびに受信側の同期信号抽出回路１
３とフイルタ１２は、送受信間のフレーム同期の
ため、この種の秘話装置には不可欠の公知の存在
である。

次に、第１図の実施例について、その動作を具
体的に説明する。

入力端子１から入力した音声信号は、直交変換
回路２で実軸成分のみで実行される直交変換を施
される。この場合、適用可能な直交変換として、
たとえばDCT（Discrete Cosine Transform）や
KLT（Karhunen Loeve Transform）等が対象
となるが、本実施例ではDCTを利用して直交変
換を行なつている。

入力音声信号は、所定の高域遮断周波数を有す
るLPF（Low Pass Filter）を通したあと32ｍ
SECのフレームごとに切出され、8kHzのサンプ
リング周波数で標本化したものに対してDCTを
施され、cosineで実軸領域で表現される。この
DCTによれば、32ｍSECごとの切出し区間の音
声波形は、この音声波形を対象区間に対して虚軸
方向とは線対称に次次に連続的に配列した状態を
設定し、これらの波形サンプルのフーリエ余弦成
分の配列の集合で当該区間の波形表現を行なうも
ので、直交変換としてのこのDCTは、人間の聴
覚そのものが周波数分析と密接に関係するもので
あり、この点からも量子化雑音の周波数領域での
制御が容易であり、長時間平均の意味では最適直
交を行ない、その結果を逆直交変換回路４に供給
する。

スペクトル入換回路３におけるスペクトル・ス
クランブルを行なうには、たとえば、入力した直
交変換出力を一旦入力メモリに記憶したあと、こ
れをROM等に格納する入換キーと入換プログラ
ムの制御のもとに実施しつつ出力メモリに格納
し、フレーム単位で次次に読出すなどの処理で容
易に実施できる。

逆直交変換回路４は、こうして入力するスクラ
ンブル後の直交変換スペクトルの逆変換を行なつ
てこれを再び時間領域の時系列データに戻し合成
回路５に供給する。

合成回路５では、フレームを識別するための同
期信号を同期信号発生回路８から得て、これと逆
直交変換回路４から得た時間領域データとを所定
の形式で合成し、スクランブル出力として出力端
子９に出力する。上述した各処理は、タイミング
発生回路７の出力するタイミング信号で制御され
る。

出力端子９に出力されたスクランブル出力は伝
送路１０を介して受信側に伝送される。

この場合問題となるのが、スクランブル出力に
対する伝送路１０の位相特性による影響である。

従来のフーリエ変換によるスペクトル変換処理
を行なつたものは、cosineとsine成分すなわち実
軸と虚軸成分をふたつながら有し、従つて位相成
分を伴つたスクランブル出力が伝送路１０に送出
される。

音声信号の場合、かかるスクランブルを施さな
いで受ける伝送路１０の位相特性の影響は連続的
であり、このような連続的に受ける影響は聴覚的
に殆んど問題とならない。しかしながら、この影
響の受け方がスクランブル処理のため、伝送さる
べき音声信号の周波数対位相特性に不連続な状態
の影響として加えられれば聴覚的に極めて大きい
音質劣化をもたらす。

第２図は、伝送路の位相特性がスクランブル信
号に及ぼす影響を説明するための位相対周波数特
性図で、第２図ａはスクランブルの行なわない場
合の伝送路の影響を示す位相対周波数特性図、第
２図ｂはスクランブルを行なつた場合の伝送路の
影響を示す位相対周波数特性図である。

第２図ａに示す如く、フレーム単位の音声信号
の電力レベルが、この区間では仮りにフラツトで
あるとし、これが０〜７の８個のスペクトルサン
プルで表現されたうえ伝送路の位相θと周波数ｆ
の特性の影響を連続的に受けたとする。

スクランブルを行なわない場合には、逆直交変
換で伝送路上に送出される音声信号は、かかる位
相対周波数特性を帯びたスペクトルを伝送するこ
ととなるが、このように伝送路の位相対周波数特
性を連続性を保つて受けるものであれば問題はな
いが、スクランブルによつて、たとえば第２図ａ
に示す如く、サンプル０→サンプル７、サンプル
１→サンプル３と次次にスペクトル入換えを行な
つて伝送路に送出されると、伝送復元後の伝送路
の位相対周波数特性は第２図ｂのようにあらわ
れ、このように不連続な影響の受け方をすると復
元音声には聴覚的に極めて著しい音質劣化をもた
らすこととなる。

このような問題は、逆説的に言えば、スクラン
ブル送受信において伝送路を位相情報を含めて音
声情報を伝送することに起因し、従つて、通常の
FFTもしくはDFTによるフーリエ変換が実軸と
虚軸成分を含み、位相情報を含めて伝送する場合
には不可避の問題である。

さらに、音声の特性からして、ほぼその区間が
定常的と見做されるフレーム長は、たかだか30ｍ
SEC以下が望ましいとされ、この背景を勘案して
本実施例でもフレーム長を32ｍSECとしている
が、8kHzサンプリングの場合、DFTの如く実軸
と虚軸両成分で表現する直交変換では256サンプ
ルの1/2の128個の複素スペクトルが求まり、キー
選択の可能性もこれに対応して128！に限定され
てしまうというキー選択数の限定という問題も発
生することとなる。

本発明の目的とするところも上述した２つの問
題点の打開にあり、実軸成分のみによる直交変換
によつて位相情報の伝送を解消し、さらにキー選
択の可能性の増大も図つた点にその基本的特徴を
有するものである。

以下に受信側についての説明を行なう。同期信
号抽出回路１３は、送信側から伝送されたスクラ
ンブル出力を入力端子１１を介して受け、その中
に含まれる同期信号を抽出しつつ、この同期信号
はフイルタ１２で除去し、フレーム同期を保持し
た状態でスクランブル出力を直交変更回路１４に
供給せしめる。

直交変更回路１４は、こうして送信側で行なわ
れた逆直交変換状態の時間領域データを受け、こ
れにDCTによる直交変換を施して実軸成分のみ
による直交変換スペクトルを得る。この周波数領
域の直交変換スペクトルは、次にスペクトル入換
回路１５によつて送信側で施されたスペクトル入
換えを復元される。

スペクトル入換えの復元は、スペクトル入換制
御回路１７の制御のもとに行なわれるが、スペク
トル入換回路１５とスペクトル入換制御回路１７
はそれぞれ、送信側のスペクトル入換回路３とス
ペクトル入換制御回路６とほぼ同一構成で、送信
側の符号化キー情報に対応する復号化キー情報に
もとづいて送信側で行なつたスペクトル・スクラ
ンブルを入換前に復元するスペクトル・デスクラ
ンブルのための再入換を実行したうえフレーム単
位で次次に逆直交変換回路１６に供給する。

逆直交変換回路１６は、フレーム単位で次次に
入力するデスクランブル後の周波数領域サンプル
の逆直交変換を行なつて時間領域データに変換
し、低域フイルタ等を介して復元音声出力として
出力端子１９に出力する。

タイミング発生回路１８は、上述した受信側の
動作を制御する。

こうしてDCTによるフーリエ変換実軸成分の
みを利用する秘話の送受信が行なわれる。

この秘話通信において、符号化、復号化に利用
しうるキー選択の可能性は256！であり、これは
DFTを利用する従来方式の₂₅₆ πⁱ⁼¹²⁹ ｉ倍となり著し
くその数を増大する。

上述した実施例は、実軸成分のみを利用する直
交変換としてDCTを利用しているが、これを
KLT等の他の実軸成分直交変換手段を利用する
ものとしてもよく、KLTの場合は第１図の直交
変換回路２，１４および逆直交変換回路４，１６
をそれぞれKLT、逆KLT変換演算を行なうもの
として構成すれば容易に実施しうることは明らか
である。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、伝送すべき
音声信号を実軸成分のみを利用して実行する直交
変換を施したうえスペクトル・スクランブルして
送信側から受信側に伝送するという手段を備える
ことにより、伝送路の位相特性の影響を根本的に
排除し、暗号化・復号化キーの選択の可能性を著
しく増大しうる秘話装置が実現できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図ａはスクランブルを行なわない場合の伝送
路の影響を示す位相対周波数特性図、第２図ｂは
スクランブルを行なつた場合の伝送路の影響を示
す位相対周波数特性図である。 １……入力端子、２……直交変換回路、３……
スペクトル入換回路、４……逆直交変換回路、５
……合成回路、６……スペクトル入換制御回路、
７……タイミング発生回路、８……同期信号発生
回路、９……出力端子、１０……伝送路、１１…
…入力端子、１２……フイルタ、１３……同期信
号抽出回路、１４……直交変換回路、１５……ス
ペクトル入換回路、１６……逆直交変換回路、１
７……スペクトル入換制御回路、１８……タイミ
ング発生回路、１９……出力端子。

【特許請求の範囲】

１ 送信側が、所定の符号周期で第１の擬似ラン
ダム信号を発生する第１の擬似ランダム信号発生
手段と；前記第１の擬似ランダム信号の符号極性
に応じて原音声信号スペクトルを周波軸上で正方
向または負方向へ移動して低域ろ波処理を施し、
鏡像関係にある２つの単側波帯（SSB）信号スペ
クトルの一方を前記符号極性に応じて選択出力す
るSSB信号発生手段と；前記第１の擬似ランダム
信号の符号周期に同期して発生する一定パターン
の符号列信号で所定周波数の信号をデイジタル変
調したパイロツト信号を発生するパイロツト信号
発生手段と；前記SSB信号発生手段の出力と前記
パイロツト信号発生手段の出力を相加したベース
バンド信号を所定の周波数帯域へ変換する第１の
周波数変換手段と；を備え、受信側が、受信信号
を前記ベースバンド信号へ変換する第２の周波数
変換手段と；前記第２の周波数変換手段の出力を
受けて送信側の動作クロツクを再生するととも
に、前記パイロツト信号についての復調処理を行
う復調手段と；前記復調手段の出力から前記一定
パターンの符号列信号を検出し、同期信号を出力
する符号同期制御手段と；前記同期信号に応答し
て前記第１の擬似ランダム信号と同一内容の第２
の擬似ランダム信号を発生する第２の擬似ランダ
ム信号発生手段と；前記第２の周波数変換手段の
出力を受けて低域ろ波処理を施した信号スペクト