RU2546614C1 - Method of masking analogue speech signals - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: analogue speech signal is sampled with a standard frequency of 8000 Hz. The sampled speech signal is transmitted to the input of a bandpass filter with cut-off bands of 0.3 kHz and 3.4 kHz. Discrete Fourier transform is performed over the filtered signal to obtain expansion coefficients. Further, the expansion coefficients are rearranged in reverse order. Inverse discrete Fourier transform is then performed, after which the spectrum of the speech signal becomes inverted with respect to the initial spectrum. The disclosed transformation is characterised by that the signal becomes inverted on time.

EFFECT: faster transformation.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи силовых ведомств. Для защиты акустического речевого сигнала от прямого прослушивания предлагается маскировать акустический сигнал. Наиболее известным и простым способом маскирования передаваемых речевых сигналов является способ инверсии их спектра, когда низкие частоты исходного спектра становятся верхними, а верхние нижними.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in communication systems of law enforcement agencies. To protect the acoustic speech signal from direct listening, it is proposed to mask the acoustic signal. The most famous and simplest way of masking the transmitted speech signals is the method of inverting their spectrum when the low frequencies of the original spectrum become high and the upper low.

Известен «Способ засекречивания информации в канале связи», заявка Великобритании 2196816, H04K 1/04, 1988 г. В этом способе система засекречивания основана на чередующейся через случайные промежутки времени передаче речевого сигнала без инверсии спектра и с инверсией спектра. Генерирование сигнала управления инверсией спектра осуществляется генератором случайных промежутков времени.The well-known "Method for classifying information in the communication channel", application UK 2196816, H04K 1/04, 1988. In this method, the classification system is based on alternating at random intervals the transmission of a speech signal without spectrum inversion and spectrum inversion. A spectrum inversion control signal is generated by a random time generator.

К достоинствам способа можно отнести способность работы в полосе стандартного телефонного канала, возможность организации большого ансамбля кодов за счет изменения структуры псевдослучайной последовательности, естественность звучания. Однако способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что на выходе кодера отдельные слова могут прослушиваться разборчиво. Это обусловлено тем, что псевдослучайная последовательность имеет серии элементов одинакового знака. За время длительности одной серии исходный речевой сигнал передается без преобразования и искажения, поэтому некоторые слова на выходе кодера могут разборчиво прослушиваться.The advantages of the method include the ability to work in the band of a standard telephone channel, the ability to organize a large ensemble of codes by changing the structure of the pseudo-random sequence, and the naturalness of sound. However, the method has a significant drawback, namely, that at the output of the encoder, individual words can be heard clearly. This is because the pseudo-random sequence has a series of elements of the same sign. During the duration of one series, the original speech signal is transmitted without conversion and distortion, so some words at the output of the encoder can be intelligibly listened to.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в заявке №94000682 «Аппаратура передачи и приема замаскированных речевых сообщений», принятый за прототип. В этом способе для снижения разборчивости речи на выходе кодера предлагается производить попеременное пропускание входного речевого сигнала через низкочастотный и высокочастотный фильтры и компенсацию возникающих частотных искажений в декодере. К достоинствам этого способа можно отнести то, что на выходе кодера ухудшается разборчивость речи. Однако способ не предусматривает осуществление инверсии речевого сигнала по времени. Кроме того, в блоке инвертирования спектра используется операция модуляции с переносом спектра информационного сигнала в область более высоких частот и фильтрация информационного сигнала в области более высоких частот. При демодуляции осуществляется перенос отфильтрованного сигнала в область низких частот и его фильтрация. Кроме того, при обработке на более высоких частотах информационного сигнала увеличивается энергия информативного сигнала, что приводит к повышению вероятности утечки информации по техническим каналам. На фиг.1 и фиг.2 показаны временная диаграмма и спектр исходного сигнала в полосе 0,3-3,4 кГц. На фиг.3 и фиг.4 показаны временная диаграмма и спектр замаскированного сигнала в полосе 0,3-3,4 кГц по способу-прототипу.Of the known closest in technical essence is the method described in application No. 94000682 "Equipment for the transmission and reception of disguised voice messages", adopted as a prototype. In this method, to reduce speech intelligibility at the encoder output, it is proposed to alternately transmit the input speech signal through low-pass and high-pass filters and compensate for the occurring frequency distortions in the decoder. The advantages of this method include the fact that the intelligibility of speech at the output of the encoder worsens. However, the method does not provide for the inversion of the speech signal in time. In addition, a modulation operation is used in the spectrum inversion unit to transfer the spectrum of the information signal to the higher frequency region and filter the information signal in the higher frequency region. When demodulating, the filtered signal is transferred to the low-frequency region and filtered. In addition, when processing at higher frequencies of the information signal, the energy of the informative signal increases, which leads to an increase in the likelihood of information leakage through technical channels. Figure 1 and figure 2 shows the timing diagram and the spectrum of the original signal in the band of 0.3-3.4 kHz. Figure 3 and figure 4 shows the timing diagram and spectrum of the masked signal in the band of 0.3-3.4 kHz according to the prototype method.

Технический результат предлагаемого способа заключается в том, что в блоке инвертирования спектра за одну операцию выполняется одновременно инвертирование речевого сигнала по спектру и инвертирование речевого сигнала по времени, что позволяет сократить время выполнения преобразований в цифровом виде.The technical result of the proposed method lies in the fact that in the block of spectrum inversion for one operation, the speech signal is inverted over the spectrum and the speech signal is inverted over time, which allows to reduce the time for performing digital conversions.

Суть предлагаемого изобретения состоит в следующем. Речевой сигнал проходит через входной полосовой фильтр, после чего выполняется инверсия спектра.The essence of the invention is as follows. The speech signal passes through the input bandpass filter, after which the spectrum is inverted.

Согласно предполагаемому изобретению для инверсии сигнала по спектру и по времени осуществляется:According to the alleged invention for the inversion of the signal in the spectrum and in time is carried out:

- прямое дискретное преобразование Фурье;- direct discrete Fourier transform;

- обнуление коэффициентов разложения вне полосы 0,3-3,4 кГц;- zeroing the decomposition coefficients outside the band 0.3-3.4 kHz;

- перестановка коэффициентов разложения в полосе 0,3-3,4 кГц в обратном порядке;- permutation of the decomposition coefficients in the band of 0.3-3.4 kHz in the reverse order;

- обратное дискретное преобразование Фурье с переставленными коэффициентами.is the inverse discrete Fourier transform with rearranged coefficients.

Способ осуществляется следующим образом. Изначально аналоговый речевой сигнал дискретизируется со стандартной частотой 8000 Гц. Далее дискретизированный речевой сигнал поступает на вход полосового фильтра с полосами среза 0,3 кГц и 3,4 кГц. Таким образом, на выходе полосового фильтра спектр сигнала занимает полосу частот 0,3-3,4 кГц, что необходимо для передачи его по стандартному каналу тональной частоты. Над отфильтрованным сигналом выполняется дискретное преобразование Фурье, в результате которого получаются коэффициенты разложения. Далее выполняется перестановка коэффициентов разложения в обратном порядке. После этого выполняется обратное дискретное преобразование Фурье, после которого спектр речевого сигнала становится инверсным по отношению к первоначальному. Особенностью предлагаемого преобразования является то, что сигнал становится инверсным по времени. Далее замаскированный речевой сигнал передается в канал связи. На фиг.5 и фиг.6 показаны временная диаграмма и спектр замаскированного сигнала в полосе 0,3-3,4 кГц по предложенному способу.The method is as follows. Initially, an analog speech signal is sampled at a standard frequency of 8000 Hz. Further, the sampled speech signal is fed to the input of a band-pass filter with cut-off bands of 0.3 kHz and 3.4 kHz. Thus, at the output of the bandpass filter, the signal spectrum occupies the frequency band of 0.3-3.4 kHz, which is necessary for transmitting it through the standard channel of the tonal frequency. A discrete Fourier transform is performed on the filtered signal, resulting in decomposition coefficients. Next, the permutation of the expansion coefficients is performed in the reverse order. After that, the inverse discrete Fourier transform is performed, after which the spectrum of the speech signal becomes inverse with respect to the original. A feature of the proposed conversion is that the signal becomes inverse in time. Next, a masked speech signal is transmitted to the communication channel. Figure 5 and figure 6 shows the timing diagram and the spectrum of the masked signal in the band of 0.3-3.4 kHz according to the proposed method.

Достоинством предлагаемого способа по отношению к устройству-прототипу можно считать то, что в процессе инверсии спектра информативные сигналы на более высокой частоте не появляются.The advantage of the proposed method in relation to the prototype device can be considered that in the process of spectrum inversion, informative signals at a higher frequency do not appear.

Способ маскирования аналоговых речевых сигналов иллюстрируется следующими чертежами. На фиг.1 показана временная диаграмма речевого сигнала, соответствующего слову «маскирование». На фиг.2 показан спектр этого сигнала. На фиг.3 показана временная диаграмма речевого сигнала, соответствующего слову «маскирование», с проинвертированным спектром по способу-прототипу. На фиг.4 показан спектр этого сигнала. На фиг.5 показана временная диаграмма речевого сигнала, соответствующего слову «маскирование», с проинвертированным спектром по предложенному способу. На фиг.6 представлен спектр этого сигнала.A method for masking analog speech signals is illustrated by the following drawings. Figure 1 shows a timing diagram of a speech signal corresponding to the word "masking". Figure 2 shows the spectrum of this signal. Figure 3 shows a timing diagram of a speech signal corresponding to the word "masking", with the spectrum inverted by the prototype method. Figure 4 shows the spectrum of this signal. Figure 5 shows a timing diagram of a speech signal corresponding to the word "masking", with the spectrum inverted according to the proposed method. Figure 6 presents the spectrum of this signal.

Как видно из представленных чертежей, перестановка коэффициентов разложения обеспечивает одновременно инверсию сигнала по спектру и инверсию сигнала по времени.As can be seen from the drawings, the permutation of the decomposition coefficients provides both the inversion of the signal in the spectrum and the inversion of the signal in time.

Claims (1)

Способ маскирования аналоговых речевых сигналов, включающий фильтрацию речевого сигнала полосовым фильтром и инверсию спектра, отличающийся тем, что одновременно с инверсией сигнала по спектру происходит его инверсия по времени за счет прямого дискретного преобразования Фурье, обнуления коэффициентов разложения вне полосы 0,3-3,4 кГц, перестановки коэффициентов разложения в полосе 0,3-3,4 кГц в обратном порядке, обратного дискретного преобразования Фурье с переставленными коэффициентами. A method for masking analog speech signals, including filtering the speech signal with a band-pass filter and spectrum inversion, characterized in that at the same time as the signal is inverted over the spectrum, it is inverted in time due to the direct discrete Fourier transform, zeroing the decomposition coefficients out of the band 0.3-3.4 kHz, permutation of the decomposition coefficients in the band 0.3-3.4 kHz in the reverse order, of the inverse discrete Fourier transform with the rearranged coefficients.

Images