УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ РЕЧЕВЫХ СООБЩЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК H04K1/04 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в телефонной и радиосвязи.

Известен способ кодирования речевых сигналов, который предусматривает кодирование речи в два цифровых потока информации об амплитуде и частоте [1] При этом легко организовать большой ансамбль кодов и существенно затруднить несанкционированное прослушивание. Недостатком известного способа является то, что для передачи речи в цифровой форме требуется более широкая полоса, чем полоса стандартного телефонного канала 300 3400 Гц.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ засекречивания информации в канале связи [2] В известном способе система засекречивания основана на чередующейся через случайные промежутки времени передаче речевого сигнала без инверсии спектра (разборчиво) и с инверсией спектра (неразборчиво). Генерирование сигнала управления инверсией спектра осуществления генератором случайных промежутков времени.

Недостаток известного решения заключается 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.

Технический результат снижение разборчивости речи на выходе кодера без ухудшения звучания на выходе декодера.

На фиг. 1 а и б представлены функциональные схемы кодера и декодера устройства кодирования и декодирования речевых сигналов; на фиг. 2 частичные характеристики фильтров; на фиг. 3 функциональная схема блока инвертирования спектра; на фиг. 4 приведены эпюры спектров сигналов в точках а, б, в, поясняющих работу блока инвертирования спектра; на фиг. 5 представлена функциональная схема формирователя синхросигналы; на фиг. 6 представлены эпюры напряжений в точках а б, в, г, д, е поясняющих работу кодера и формирователя синхросигналов; на фиг. 7 приведена эпюра спектра суммарного сигнала на выходе кодера; на фиг. 8 приведена функциональная схема формирователя управляющих сигналов кодера на фиг. 9 приведены эпюры напряжений, в точках а, б, в, г поясняющих работу формирователя управляющих сигналов кодера; на фиг. 10 приведена функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 11 представлены эпюры напряжений в различных точках, поясняющих работу блока синхронизации.

Устройство кодирования и декодирования речевых сигналов содержит кодер, состоящий из входного фильтра 1, блока 2 инвертирования спектра, первого и второго коммутаторов 3, 4 сумматора 5, опорного генератора 6, формирователя 7 управляющих сигналов, сумматора 8 по модулю два, формирователя 9 синхросигнала, фильтра 10 низкой частоты, фильтра 11 высокой частоты, декодер, состоящий из входного фильтра 12, блока 13 инвертирования спектра, опорного генератора 14, блока 15 синхронизации, формирователя 16 сигналов управления, первого и второго коммутаторов 17, 18, фильтра 19 нижней частоты, фильтра 20 высокой частоты, блок 2, 13 инвертирования спектра содержит аналоговый перемножитель 21, выходной фильтр 22, формирователь 9 синхросигнала содержит счетный триггер 23, сумматор 24 по модулю два, формирователь 7 управляющих сигналов кодера содержит генератор 25 тактовых импульсов, инвертор 26, первый и второй счетные триггеры 27, 28, генератор 29 псевдослучайной последовательности, счетчик 30 тактов, дешифратор 31, блок 15 синхронизации содержит узкополосный фильтр 32, амплитудный детектор 33, формирователь 34 импульсов, блок 35 задержки импульсов, одновибратор 36, первый и второй элементы И 37, 38 счетный триггер 39, формирователь 16 сигналов управления содержит сумматор 40 по модулю два, генератор 41 псевдослучайной последовательности.

Устройство кодирования и декодирования речевых сигналов работает следующим образом.

В кодере фиг. 1а входной фильтр 1 с равномерной в полосе пропускания частотной характеристикой ограничивает полосу частот входного речевого сигнала, например, частотой f_гр 3200 Гц, для согласования с полосой канала связи (300 3400 Гц). Частотные характеристики фильтров 10 и 11 подбираются таким образом, чтобы в рабочей полосе частот выполнялось условие постоянства их произведений (фиг. 2).

Второй коммутатор 4 пропускает на выход поочередно сигналы с фильтром 10 и 11 с частотой коммутации около 10 Гц. Управляющий сигнал второго коммутатора 4 представляет собой меандр и вырабатывается в формирователе 7. Прослушивание сигнала с выхода второго коммутатора 4 показало, что его разборчивость существенно хуже, чем разборчивость сигнала с выхода фильтра 1. На сигнальные входы первого коммутатора 3 поступают соответственно прямой сигнал с выхода второго коммутатора 4 и сигнал с инвертированным спектром (инверсный) с выхода блока 2.

Сигнал на выходе первого коммутатора 3 представляет псевдослучайную последовательность временных отрезков прямого и инверсного сигналов. Коммутация прямого и инверсного сигнала осуществляется псевдослучайной последовательностью, которая генерируется в формирователе 7, причем меандр, управляющий вторым коммутатором 4, является последовательностью тактовых импульсов для генератора псевдослучайной последовательности. В сумматоре 5 засекреченный речевой сигнал суммируется с синхросигналом и передается в канал связи. Синхросигнал переносит информацию о временном положении тактовых импульсов и начале псевдослучайных последовательности. Синхросигнал формируется в формирователе 9, на первый вход которого подается периодическая последовательность импульсов начала псевдослучайной последовательности, а на второй меандр с частотой f₀, сложенный по модулю два с меандром тактовых импульсов.

Сигнал в точке фиг. 6 e представляет собой несущий меандр с частотой f₀, манипулированный по фазе меандром тактовых импульсов с частотой 1/2τ_и и задержанным на время τ_и/2 меандром начала псевдослучайной последовательности с частотой 1/2T_псп, который формируется счетным триггером 23.

На фиг. 6 ж показана манипулирующая функция, а на фиг. 6в приведен сигнал, из которого формируются импульсы начала псевдослучайной последовательности.

τ_псп=2τ_и
Спектр суммарного сигнала на выходе кодера приведен на фиг. 7.

В формирователе 7 генератор 25 вырабатывает меандр с удвоенной тактовой частотой. После деления частоты на два на выходах счетных триггеров 27, 28 образуются сдвинутые относительно друг друга на ± τ_и/2 меандры тактовой частоты. Один из этих меандров тактирует генератор 29 псевдослучайной последовательности, а второй поступает на счетчик 30. Дешифратор 31 настраивается на определенное число. Когда счетчик 30 отсчитывает это число импульсов, на выходе дешифратора 31 формируется импульс, который сбрасывает счетчик 30 генератор 29 и триггеры 27, 28 в исходное положение. Затем весь процесс повторяется. Сдвиг импульса начала псевдослучайной последовательности на τ_и/2 необходим для выделения этого импульса из последовательности тактовых импульсов в декодере. Генератор 29 представляет собой регистр сдвига с обратными связями. Ансамбль псевдослучайной последовательности образуется за счет изменения обратных связей, сдвига начала одной и той же псевдослучайной последовательности относительно импульса начала (съем псевдослучайной последовательности с разных триггеров регистра сдвига), а также за счет изменения начального состояния генератора 29.

Рассмотрим теперь работу декодера фиг. 1 б. Как видно из фиг. 1 б, тракт прохождения речевого сигнала тот же, что и в кодере. Синхросигнал в этот тракт не попадает. Отличие заключается лишь в управляющем сигнале второго коммутатора 18. Когда передается прямой сигнал, прошедший в кодере через фильтр 10, второй коммутатор 18 в декодере пропускает сигнал с выхода фильтра 11 и наоборот. При передаче инверсного сигнала и в кодере, и в декодере одновременно пропускаются сигналы либо с выходов фильтров 10, 19, либо с выходов фильтров 11, 20. В результате устраняется влияние на разборчивость речи коммутации сигналов с выходов фильтров 10, 19 низкой частоты и фильтров 11, 20 высокой частоты. Коммутаторы 3, 17 и в кодере, и в декодере работают одинаково.

Рассмотрим теперь прием и обработку синхросигналов в блоке 15 синхронизации.

При прохождении через узкополосный фильтр 32 за счет переходных процессов амплитуда фазоманипулированного синхросигнала приобретает нулевые значения (фиг. 11 а, б) в точках, близких к точкам манипуляции фазы, формирователь 34, выполненный, например, в виде компаратора, формирует из напряжения огибающей синхросигнал с выхода амплитудного детектора 33 короткие импульсы стандартной амплитуды.

Одновибратор 36 формирует из каждого поступающего короткого импульса расширенный импульс длительностью примерно 3/4 τ_и. Замети, что после запуска одновибратора 36 он не будет реагировать на следующий импульс, если тот приходит раньше конца расширенного импульса. Блок 35 задержки задерживает поступающие на нее импульсы на время, чуть большее длительности этих импульсов. Импульсы с выхода одновибратора 36 отпирают элемент "И" 37 и разрешают прохождение поступающих на ее второй вход импульсов с блока 35. В результате на выходе элемента И 37 выделяются импульсы начала (ИН) псевдослучайной последовательности, а счетный триггер 39 из импульсов с выхода одновибратора 36 формирует тактовые импульсы (ТИ) (фиг. 11 е).

Как видно из фиг. 9 а, в импульсы начала псевдослучайной последовательности соответствует высокому потенциалу тактового импульса в кодере. Чтобы обеспечить это соответствие в декодере, ИН устанавливает триггер 39 в состояние "единица".

Таким образом, блок 15 синхронизации выдает в формирователь 16 последовательность тактовых импульсов (ТИ) и последовательность импульсов начала (ИН) псевдослучайной последовательности. Формирователь 16 в декодере выполняет функции, аналогичные формирователю 7 в кодере.

В формирователе 16 последовательность тактовых импульсов (ТИ) запускает генератор 41, (фиг. 12) а импульсы начала (НИ) устанавливают генератор 41 в исходное состояние. В результате достигается синхронная работа генератора 41 в кодере и декодере. Сигнал управления коммутатором 18 формируется в блоке 24. Для правильной работы необходимо, чтобы в кодере и в декодере при высоком потенциале псевдослучаной последовательности коммутаторы 4, 18 пропускали прямой сигнал.

Таким образом, на выходе декодера выделяется практически тот же речевой сигнал, что и на выходе фильтра 1 кодера, т.е. при стандартной ширине полосы канала связи достигается высокая разборчивость и узнаваемость речи.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в телефонной и радиосвязи. Технический результат - снижение разборчивости речи на выходе кодера без ухудшения звучания на выходе декодера. Для этого производится попеременное пропускание входного речевого сигнала через низкочастотный и высокочастотный фильтр в кодере и компенсация возникающих частотных искажений в декодера. Устройство содержит входной фильтр 1, блок 2 инвертирования спектра, первый и второй коммутаторы 3, 4, сумматор 5, опорный генератор 6, формирователь 7 управляющих сигналов, сумматор 8 по модулю два, формирователь 9 синхросигнала, фильтр 10 низкой частоты, фильтр 11 высокой частоты, входной фильтр 12, блок 13 инвертирования спектра, опорный генератор 14, блок 15 синхронизации, формирователь 16 сигналов управления, первый и второй коммутаторы 17, 18 фильтр 19 низкой частоты, фильтр 20 высокой частоты. 12 ил.

Устройство кодирования и декодирования речевых сигналов, содержащее кодер, выполненный в виде входного фильтра, вход которого является входом кодера, первого коммутатора, блока инвертирования спектра, сумматора, выход которого является выходом кодера, формирователя синхросигнала, опорного генератора, формирователя управляющих сигналов кодера, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого коммутатора и первым входом формирователя синхросигнала, при этом выход опорного генератора подключен к опорному входу блока инвертирования спектра, сигнальный вход и выход которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами первого коммутатора, выход которого и выход формирователя синхросигнала подключены соответственно к первому и второму входом сумматора, а декодер выполнен в виде входного фильтра, вход которого является входом декодера, блока синхронизации, блока инвертирования спектра, первого коммутатора, формирователя сигналов управления декодера и опорного генератора, выход которого подключен к опорному входу блока инвертирования спектра, сигнальный вход и выход которого соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами первого коммутатора, выход которого является выходом декодера, а к управляющему входу первого коммутатора подключен второй выход формирователя сигналов управления декодера, первый вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, вход которого объединен с входом входного фильтра, отличающееся тем, что в кодер введены второй коммутатор, фильтр низкой частоты, фильтр высокой частоты и сумматор по модулю два, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом опорного генератора и первым выходом формирователя управляющих сигналов кодера, а выход сумматора по модулю два подключен к второму входу формирователя синхросигнала, при этом выход входного фильтра подключен к входам фильтра низкой частоты и фильтра высокой частоты, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами второго коммутатора, к управляющему входу которого подключен первый выход формирователя управляющих сигналов кодера, а выход второго коммутатора подключен к сигнальному входу блока инвертирования спектра, в декодер введены второй коммутатор, фильтр низкой частоты и фильтр высокой частоты, к входам которых подключен выход входного фильтра, а выходы фильтра низкой частоты и фильтра высокой частоты подключены соответственно к первому и второму сигнальным входам второго коммутатора, к управляющему входу которого подключен первый выход формирователя сигналов управления декодера, второй вход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, а выход второго коммутатора подключен к сигнальному входу блока инвертирования спектра.