УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК H04K1/00 

Изобретение относится к технике связи, а именно к устройствам кодирования речевых сигналов и может быть использовано в системах засекречивания передаваемой информации.

Известен шифратор речи, содержащий блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок формирования серии временных отсчетов, блок перестановки временных отсчетов, блок суммирования и блок цифроаналогового преобразования (ЦАП) [1]
Недостатком этого устройства является низкая имитостойкость.

Известен шифратор речи, содержащий на передающей стороне блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок прямого быстрого преобразования Фурье, блок замещения частотных составляющих, блок перестановки частотных составляющих, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок цифроаналогового преобразования, блок управления перестановкой частотных составляющих, генератор синхросигнала, генератор тактовых импульсов и блок объединения сигналов, а на приемной стороне блок фильтрации, блок АЦП, блок прямого быстрого преобразования Фурье, блок обратной перестановки частотных составляющих, блок управления обратной перестановкой частотных составляющих, блок обратного замещения частотных составляющих, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок АЦП, генератор тактовых импульсов и блок выделения синхросигнала [2]
Недостатком такого устройства является недостаточная надежность кодирования речевой информации.

Цель повышение надежности кодирования речевой информации.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства кодирования и декодирования речевых сигналов; на фиг. 2 частотная диаграмма, представляющая передачу синхросигнала.

Устройство кодирования и декодирования речевых сигналов содержит на передающей стороне блок 1 аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок 2 прямого быстрого преобразования Фурье, блок 3 замещения частотных составляющих, блок 4 перестановки частотных составляющих, блок 5 обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ), блок 6 цифроаналогового преобразования, блок 7 объединения сигналов, блок 8 управления перестановкой частотных составляющих, генератор 9 синхросигнала, генератор 10 тактовых импульсов, генератор 11 псевдослучайной последовательности, блок 12 трансформирования спектра, блок 13 фазового манипулятора, а на приемной стороне блок 14 поиска сигнала синхронизации псевдослучайной последовательности, блок 15 фильтрации, блок 16 восстановления трансформированного спектра, блок 17 обратной перестановки частотных составляющих, блок 18 управления обратной перестановкой частотных составляющих, блок 19 обратного замещения частотных составляющих, блок 20 выделения синхросигнала.

Устройство кодирования и декодирования речевых сигналов работает следующим образом.

Аналоговый речевой сигнал в блоке 1 преобразуется к цифровому виду и поступает на вход блока 2, с выхода которого полученные частотные составляющие поступают на вход блока 3. В блоке 3 осуществляется деление последовательности частотных составляющих на блоки, содержащие определенное число составляющих, определяется энергия каждого блока и, если она меньше установленного порогового значения, данный блок замещается блоком с псевдослучайными частотными составляющими. Выбор порогового значения определяется из условия, что удаленные участки спектра не должны влиять на снижение разборчивости речи на приемной стороне. Псевдослучайные частотные составляющие выбираются попарно некоррелированными, что позволяет их обнаруживать на приемной стороне без передачи дополнительной информации о положении участков с псевдослучайным спектром.

С выхода блока 3 частотные составляющие поступают на вход блока 4. в котором по определенному закону, определяемому блоком 8, осуществляется перестановка частотных составляющих. После этого сигнал подвергается в блоке 5 обратному БПФ и в блоке 6 переводится в аналоговую форму. В блоке 12 осуществляется трансформация спектра закодированного речевого сигнала. Спектр сигнала делится по полосе на две равные части. Верхняя часть спектра переносится на величину Δf f₃-f₂ в пределах полосы телефонного канала, где f₃ верхняя граничная частота канала (см.фиг.2). В середине полосы Δf расположен сигнал синхронизации с частотой f₅, вырабатываемой генератором 9 синхросигнала. Речевой сигнал с трансформированным спектром и сигнал синхронизации поступают соответственно на вторые входы блоков 13 первого и второго фазовых манипуляторов, на первые входы которых поступает сигнал псевдослучайной последовательности с выхода генератора 11 псевдослучайной последовательности. Длительность элементарного импульса псевдослучайной последовательности выбирается так, чтобы полоса речевого сигнала оставалась неизменной, а сигнал синхронизации преобразовался в сигнал с расширенным спектром, полоса которого совпадает с полосой речевого сигнала. С выходов блоков 13 речевой сигнал и сигнал синхронизации поступают через блок 7 на выход передающей части устройства. Сигнал синхронизации с расширенным спектром дополнительно закрывает речевой сигнал, что позволяет существенно повысить надежность кодирования.

В приемной части устройства кодированный сигнал поступает на вход блока 14, в котором осуществляется поиск сигнала синхронизации псевдослучайной последовательности по задержке, и на первый вход блока 13, на второй вход которого поступает сигнал псевдослучайной последовательности с выхода генератора 11 псевдослучайной последовательности, который управляется сигналом с выхода блока 14. В фазовом манипуляторе широкополосный сигнал синхронизации преобразуется в узкополосный. Частотная диаграмма на выходе блока 13 аналогична изображенной на чертеже (см.фиг.2). Сигнал поступает на вход блока 20, в котором выделяется сигнал синхронизации, необходимый для работы генератора 10 тактовых импульсов, и на вход блока 15, в котором вырезается сигнал синхронизации. В блоке 16 осуществляется обратная трансформация спектра кодированного речевого сигнала путем переноса верхней части спектра на величину Δf. После этого в блоке 1 осуществляется аналого-цифровое преобразование сигнала, в блоке 2 прямое быстрое преобразование Фурье, в блоке 17 обратная перестановка частотных составляющих по закону, определяемому блоком 18. В блоке 19 вычисляется коэффициент корреляции между частотными составляющими в каждом блоке и, если он меньше порогового значения, то данный блок заменяется нулевым, т.е. участки с псевдослучайным спектром заменяются участками с нулевым спектром. В блоке 5 осуществляется обратное быстрое преобразование Фурье, а в блоке 6 цифроаналоговое преобразование. Выход блока 6 является выходом устройства кодирования и декодирования речевых сигналов.

Использование: в технике связи, а именно: в системах засекречивания аналоговой информации. Сущность изобретения: устройство содержит на передающей стороне блок 1 аналого-цифрового преобразования, блок 2 прямого быстрого преобразования Фурье, блок 3 смешения частотных составляющих, блок 4 перестановки частотных составляющих, блок 5 обратного быстрого преобразования Фурье, блок 6 цифро-аналогового преобразования, блок 7 объединения сигналов, блок 8 управления перестановкой частотных составляющих, генератор 9 синхросигнала, генератор 10 тактовых сигналов, генератор 11 псевдослучайной последовательности, блок 12 трансформирования спектра, блок 13 фазового манипулятора, на приемной стороне блок 14 поиска сигнала синхронизации псевдослучайной последовательности, блок 15 фильтрации, блок 16 восстановления трансформированного спектра, блок 17 обратной перестановки частотных составляющих, блок 18 управления обратной перестановкой частотных составляющих, блок 19 обратного замещения частотных составляющих, блок 20 выделения синхросигнала. Для повышения надежности кодирования речевой информации сигнал синхронизации манипулируется по фазе с помощью псевдослучайной последовательности, причем полоса синхронизации с расширеным спектром совпадает с полосой речевого сигнала. Таким образом, сигнал синхронизации дополнительно закрывает информационный сигнал. 2 ил.

УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок прямого быстрого преобразования Фурье, блок замещения частотных составляющих, блок перестановки частотных составляющих, блок обратного быстрого преобразования Фурье, блок цифроаналогового преобразования (ЦАП), а также блок объединения сигналов, блок управления перестановкой частотных составляющих, выход которого подключен к второму входу блока перестановки частотных составляющих, генератор синхросигнала и генератор тактовых импульсов, выходы которого подключены к синхровходам генератора синхросигнала, блока ЦАП, блока обратного быстрого преобразования Фурье, блока управления перестановкой частотных составляющих, блока прямого быстрого преобразователя Фурье и блока АЦП, вход которого является входом устройства, а выход блока объединения сигналов является выходом передающей стороны устройства, а на приемной стороне последовательно соединенные блок АЦП, блок прямого быстрого преобразования Фурье, блок обратной перестановки частотных составляющих, блок обратного замещения частотных составляющих, блок обратного быстрого преобразования Фурье и блок ЦАП, выход которого является выходом устройства, а также блок управления обратной перестановкой частотных составляющих, выход которого подключен к второму входу блока обратной перестановки частотных составляющих, блок фильтрации, вход которого соединен с входом блока выделения синхросигнала, и генератор тактовых импульсов, к входу которого подключен выход блока выделения синхросигнала, а выходы генератора тактовых импульсов подключены к синхровходам блока АЦП, блока прямого быстрого преобразования Фурье, блока управления обратной перестановкой частотных составляющих, блока обратного быстрого преобразования Фурье и блока ЦАП, отличающееся тем, что в него введены на передающей стороне первый и второй фазовые манипуляторы, блок трансформирования спектра и генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), к входу которого подключен дополнительный выход генератора тактовых импульсов, а выход генератора ПСП подключен к первым входам первого и второго фазовых манипуляторов, к вторым входам которых подключены выходы соответственно блока трансформирования спектра и генератора синхросигнала, при этом выход блока ЦАП подключен к входу блока трансформирования спектра, а выходы первого и второго фазовых манипуляторов к первому и второму входам блока объединения сигналов, а на приемной стороне блок поиска синхросигнала ПСП, генератор ПСП, блок восстановления трансформированного спектра и фазовый манипулятор, первый вход которого соединен с входом блока поиска синхросигнала ПСП и является входом приемной стороны устройства, а выход блока поиска синхросигнала ПСП через генератор ПСП подключен к второму входу фазового манипулятора, выход которого подключен к входу блока фильтрации, выход которого через блок восстановления трансформированного спектра подключен к входу блока АЦП.