Process and device for speech scrambling and unscrambling in speech transmission
Abstract
PCT No. PCT/EP94/03693 Sec. 371 Date May 14, 1996 Sec. 102(e) Date May 14, 1996 PCT Filed Nov. 9, 1994 PCT Pub. No. WO95/15627 PCT Pub. Date Jun. 8, 1995A digitized real voice signal is converted via complex filtering into a complex signal that is subjected to sampling rate reduction, the bandwidth of the respective complex filter corresponding to the sampling rate. The complex signal is phase-modulated by means of a code signal generated by a random-number generator and additively combined with a pilot signal (likewise phase-modulated in a random distribution) to form an encrypted useful signal for transmission. The useful signal is sequentially transmitted together with a preamble for synchronization and signal equalization at the receiver end. At the receiver end, clock synchronization is forced for a phase-modulated pilot signal produced at the receiver end and equalizer coefficients for an equalizer at the receiver end are calculated from the digitized received signal after complex filtering and corresponding sampling rate reduction, during a preamble recognition phase, at which point the phase of the useful signal decryption is initialized. The encrypted, transmitted signal is separated from its phase-modulated pilot signal, which is superimposed at the transmitter end, by linking to the synchronized pilot signal, which is produced at the receiver end, and the phase-modulated, encrypted digital speech signal thus obtained is subsequently decomposed by the code signal produced at the receiving end and clockcontrolled by the preamble.

Term
No projected expiry on record.
- Priority
- Filed
- Published
- Today
12 claims: 12 independent, 0 dependent
- 1A találmány tárgyát a továbbiakban kiviteli példák és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon az 1. ábra :egy találmány szerinti beszédkódoló/dekódoló modul - a továbbiakban BK modul - tömbvázlata, a
- 2ábra :a kódolás elve önkényesen választott időbeli lefutással, a
- 3ábra :a BK modul adórészének funkcionális tömbvázlata, a
- 4ábra :a dekódolás elve időben nem léptékhelyesen ábrázolva, az
- 5ábra :a BK modul vevőrészének funkcionális tömbvázlata, a
- 6ábra :a jelfeldolgozás tömbvázlata a BK modul adóoldalán, a
- 7ábra :egy bemenőoldali (első) komplex szűrő, előnyösen Hilbert-szűrő felépítése, a
- 8ábra :a 7. ábra szerinti bemenőoldali (első) komplex szűrő frekvenciamenete, a • · ········ ·· ·· · · · · · • · · · · · ······ · · ··· · · · ····
- 9ábra :egy első komplex kimeneti szűrő, előnyösen Hilbert-szűrő felépítése a BK modul adórészében, a
- 10ábra :a 9. ábra szerinti első komplex kimeneti szűrő frekvenciamenete, a tömbvázlata a dekódolási fázisban, a
- 1113. á b r a :a 6. ábrán látható tömbvázlat szerinti adóoldali jelfeldolgozás működési és funkciós diagramja, és a
- 1214. ábra :a 11. és 12. ábrán látható tömbvázlatok szerinti vevőoldali jelfeldolgozás működési és funkciós programja. A megértés megkönnyítése érdekében a találmány t szerinti BK modul áramköri felépítését és/vagy működését az alábbiakban több önálló fejezetben írjuk le: 1. A BK modul áramköri felépítése A BK modul lényegében egy nagyteljesítményű digitális jelprocesszorrendszerből és a működéshez szükséges, modern jelfeldolgozó algoritmusokkal kapcsolatos perifériális eszközökből áll. Az 1. ábrán látható blokkdiagramm a digitális jelfeldolgozás • · ········ ·· ·· · · · · · • · · · · · ······ · · ··· · ♦ · ···· -10szempontjából fontos elemeket és egységeket tartalmazza. A jobb áttekinthetőség kedvéért nem tüntettük fel az olyan funkciókat és alkotórészeket, mint az áramellátás, órajel-előállítás, diszkrét bemenetek, valamint az analóg bemeneti és kimeneti fokozatok. Az 1. ábra szerinti BK modul felépítése egy megvalósított, működő prototípusnak felel meg, amelyet részben még az algoritmusok kipróbálására és továbbfejlesztésére használunk. Az ábrázolt tömbvázlaton a berendezés sorozatgyártásra is alkalmas változatát mutatjuk be. A leírt kiviteli alak a találmánynak természetesen nem az egyetlen lehetséges megvalósítása. Szakember a különböző részletekben és egységekben mind az adó-, mind a vevőoldalon számos módosítást és változtatást hajthat végre anélkül, hogy eltávolodna a találmány lényegétől, ill. oltalmi körétől. A fő jelfeldolgozó egység az 1 jelprocesszor, amely - legalábbis a prototípusban - az Analóg Devices cég ADSP 21msp55 típusú processzora. Az 1 jelprocesszor egy 2 A/D átalakítót, valamint egy 3 D/A átalakítót tartalmaz, amelyek felbontása pl. 16 bit, 8 kHz-es mintavételi frekvencia mellett. Ezen kívül külön 4, 5 RAM-ok tartoznak egyrészt az adatokhoz (lk x 16), másrészt pedig a programhoz (2k χ 24) . A belső társzervezés a Harvardarchitekturának felel meg, úgyhogy a műveleti kód kihozásán kívül minden parancsciklusban egy adathozzáférés is lehetséges. Mindegyik processzorművelet kivétel nélkül egy ciklust igényel. Ezáltal 13 mips -11(millió utasítás másodpercenként) feldolgozási teljesítmény áll rendelkezésre. A sorozatgyártáshoz ennek a processzornak egy maszk-programozott változata (ADSP21msp56) alkalmazható, amely a programtár oldalán még egy 2k x 24 bit méretű 6 ROM-ot is tartalmaz. Duplex üzemhez egy pár további 8, 9 A/D, ill. D/A átalakító szükséges. Ezt az átalakítópárt egy AD28mspO2 típusú 7 átalakítóegységgel valósítjuk meg, amely egy külön tokban ugyanolyan átalakítókat tartalmaz, mint az 1 jelprocesszor. Az adatátvitel a 7 átalakítóegység és az 1 jelprocesszor között gyors soros interfészeken keresztül történik. Az áramkör külső tárként egy 10 EEPROM-ot tartalmaz, amely betölthető programrészeket, valamint ritkán módosított változókat, pl. a kódot (ennek részletesebb magyarázatára még visszatérünk) tárolja. A tár mérete ebben az esetben 8k χ 8 (sorozatgyártás), ill. 32k x 8 (prototípus), amint az 1. ábrán látható. Diszkrét bemenő jeleknél (nincsenek ábrázolva) az 1 jelprocesszor lekérdezheti egy 11 rádiókészülék hangbillentyűjének, zaj elnyomó (squelch) logikájának, valamint egy titkosítási BE/KI kapcsolónak az állapotát. A működés, amit a jelfeldolgozással kapcsolatban még részletesen leírunk, röviden a következő: Az üzemi feszültség bekapcsolása után először egy néhány milliszekundum időtartamú RÉSÉT jelet állítunk elő. Ezután az 1 jelprocesszor betölti a belső 5 program-RAM• · · ♦ • · · · · · · • · · · · · ······ · · • ν · · · · · * ·♦ -12ba a külső 10 EEPROM tartalmát, és elindítja a programot. A BK modul jelenleg vizsgált prototípusánál az egész valamikor szükséges programot már az elején el kell helyezni ebben a RAM-ban (2x utasítás). A BK modulnak az 1. ábrán látható, sorozatgyártásra alkalmas kiviteli alakjánál még 2k utasítás áll rendelkezésre a 6 ROM-ban. A külső 10 EEPROM adattárként is címezhető, hogy a különböző paramétereket, pl. a kódot ki lehessen olvasni, és meg lehessen változtatni. A program lefutását időben az analóg interfészek megszakításaival strukturáljuk, amely interfészek a jelfeldolgozással valósul meg. Először a jelfeldolgozás elvét ismertetjük. A 3. ábra a BK modul adórészének funkcionális tömbvázlatát mutatja: Az adóoldalon egy 23 kódjelgenerátor egy kódjelet állít elő, amelynek segítségével a mikrofon bemenőjelét, azaz a beszédjelet kódoljuk. Egy (nem ábrázolt) PTT billentyű működtetésével közvetlenül a kódolt beszédjel előtt egy 24 előtag-generátorban előállított ún. előtagot ···· ··♦· ·· • · · * · · · • · ···· viszünk át, amint a 2. ábra szerinti idődiagramokon látható. Az előtag egy további 43 kódjelgenerátor (5. ábra) szinkronizálásához és egy 40 kiegyenlítő beállításához szükséges a vételi oldalon. Ha lehetővé kell tenni a bekapcsolódást egy folyamatban levő beszélgetésbe, az előtagot egy rögzített időkeretben periodikusan átvisszük, mégpedig a jelenleg vizsgált prototípusnál 5 másodpercenként. A kódolt hangjelet az előtag időtartamára (jelenleg kb. 200 ms) kimaszkoljuk. Egy 20 pilotjel-generátor egy speciális pilotjelet szolgáltat, amelyet hozzáadunk a kódolt hangjelhez, és amely a vételi oldalon a mintavételi frekvencia szinkronizálására szolgál, amit a későbbiekben még részletesen leírunk. A két részegységként ábrázolt 22a/22b végegység (front-end unit) elvégzi az analóg bemehőjel előkondicionálását és digitális jellé alakítását, ill. az adóoldali kódolt hangjel végkondicionálását és a használt adóberendezéshez, ill. az átviteli csatornához történő illesztését. Az alábbiakban további részleteket is közlünk. Egy kódolt adójel kezdetét - amint a 4. ábrán látható - az előtag jelzi. Ezért a vevőoldalon akkor is megtörténik a vett jel analízise, ha a vevő nincs dekódolási üzemmódban. Ennek a fázisnak a folyamán a vett jel változatlanul halad át a BK modulon. Egy előtag végének a felismerésekor kezdődik a dekódolási folyamat, «··· ···· • · « · · * ·«·«·· · · ··· · · · ···· -14azaz megindul a vevőoldali 43 kódjelgenerátor, és a beérkező hasznos jel dekódolása (beszédjel a 4. ábrán). Az 5. ábrán a BK modul vevőoldalának funkcionális tömbvázlata látható. A vett jel a 44 előtagfelismerő egységbe kerül, amely felismeri és analizálja a vett jelet. Egy előtag vételekor ennek alapján először az átviteli csatorna tulajdonságait, és ebből egy vevőoldali 51 kiegyenlítő számára a szűrőegyütthatókat határozzuk meg. Amikor az előtag végét detektáljuk, akkor ebben az időpontban az átviteli csatornához igazított kiegyenlítő áll rendelkezésre. Egy digitális vevőkészülék vételi szűrőjének kezdeti szinkronizálására és illesztésére vonatkozó részleteket a DE-C1-4108806 sz. irat tartalmazza. Egyidejűleg indítjuk a vevőoldali 43 kódjelgenerátort a hasznos jel dekódolásához. Az 55 mintavétel-szinkronizáló kiértékeli a hasznos jelre szuperponált pilotjelet, és ezt leválasztja a hasznos jelről. Ezután kiadjuk a dekódolt hasznos jelet.
Independent claims12
55 paragraphs in 3 sections, as filed
PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR CODING AND DECODING A TALK
audio transmission
Extract
The method of the present invention and the apparatus based on the method comprises converting a digitized speech signal into a complex signal with a filter having a bandwidth corresponding to the bandwidth of the transmission channel, the sampling frequency. In which the complex signal thus obtained is reduced, it is phase modulated by a code signal generated by a random number generator, and combined with an additional randomly distributed phase modulated pilot signal to be combined into an encoded payload to be transmitted. The payload is transmitted in sequence, along with a prefix for receiver-side synchronization and payload compensation.
On the receiving side, the phase modulated pilot signal coefficients produced there are calculated for a number from the digitized received signal, again after complex filtering and a corresponding reduction in the sampling rate, during a preamble recognition phase when initializing the payload decoding phase. The encoded transmitted signal is separated on the transmitting page
11550 99 · ···· “~ from the superimposed phase modulated pilot signal by means of a synchronized pilot signal generated on the receiver side, and the resulting phase modulated coded digital speech signal is decoded by the preamble controlled rate code signal generated on the receiver side.
In contrast to known speech coding methods, the present invention has the advantage of being very secure, of very good speech intelligibility, and of recognizing the speaker, despite being fully consistent with the transmission bandwidths available in analogue radio networks and telephony.
(Figure 1 • ·· «····
<img file="HUT74262A_D0001.tif" />
Ρ9 £ 0 {33 3
PUBLICATION LITERATURE
PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR VOICE CODING AND DECODING
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for encoding and decoding speech in voice transmissions and / or transmissions. audio transmission apparatus having an end unit for digitizing a speech signal and adapting a transmit signal to a particular transmission channel and / or digitizing a received signal and adapting the conditioned received signal to a sound reproducing apparatus.
Speech coding There are several known methods for decoding, which are briefly summarized as follows:
First Digitization of speech signals, coding of digital values and their transmission as digital data with a MODEM.
Second Storing a series of speech signals, dividing the series into several smaller time intervals, and transmitting these subsets in a different order from the original order.
Third Divide the spectrum to be transmitted into smaller sub-ranges and transmit a signal produced by swapping the sub-ranges of the spectrum.
11550 ···· ···· • · · · · · · • · · · · · ······ · · ··· · · · ····
4th Frequency band inversion, that is to say, the exchange of high and low frequencies of the transmitted audio frequency spectrum with a constant or variable dividing point (mirror frequency method).
5th 2-4. a combination of the procedures described in.
The known processes have the following basic drawbacks:
Method 1) generally uses the same channels for transmitting digital data as for unencrypted speech. As these channels provide only limited bandwidth, data reduction procedures are required. After reconstruction of this (reduced) data on the customer side, it is not possible to identify the speaker securely.
In procedure 2), for physiological reasons, the number of intervals and their length can only be varied within narrow limits c. This makes the transmitted signal easy to decode.
The transitions between the interchanged sub-intervals on the receiver side are generally not phase-reconstructed, so that the signal quality is audibly degraded relative to the uncoded signal.
In this method, there is a perceptible delay between speech and signal transmission, which in some types of transmission channels causes an echo to the speaker.
···· ····
<img file="HUT74262A_D0002.tif" />
In process 3), for physiological reasons, the number of spectral sub-intervals and the bandwidth are within narrow limits. As a result, the transmitted signal can be easily decoded. For filters required for the generation and reconstruction of sub-spectra, inevitable bandwidth overlaps degrade transmission quality.
In method 4), it is possible to decode the transmitted signal with relatively little technical effort. The encoded signal remains relatively intelligible; an experienced person can eavesdrop on conversations without a technical aid.
In method 5), combinations of different methods generally increase the security against decryption; however, the disadvantageous properties are added together, thus reducing the signal-to-noise ratio and these solutions are limited to some simple arrangement of the transmission channels.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for encoding and decoding speech in a voice transmission which can be produced as a module of compact design (which can be retrofitted) and which is known in the art. provides significantly better security than third party equipment against eavesdropping and evaluation by third parties.
For this task, we have the following additional requirements for speech coding:
- Good speech intelligibility;
···· ····
<img file="HUT74262A_D0003.tif" />
- Speaker recognition;
Slight difference in quality compared to uncoded operation;
- User-friendly functionality and operation;
Automatic detection of encoded signals on the receiver side;
- Use in analogue radio networks and telephone technology;
- Respect the available transmission bandwidths.
The object of the present invention is solved by a method suitable for encoding and decoding speech in voice transmission, wherein
converting a digitized speech signal with a first complex input filter having a bandwidth corresponding to the bandwidth of the transmission channel to a complex signal, which is phase modulated by a code signal controlled by pseudorandom numbers; with a prefix for receiver-side synchronization and payload balancing, as a complex signal, we pass it through a first complex output filter in which a real output filter is used. · · ····
Generating a -5 output signal which is conditioned to a transmit signal after digital-to-analog conversion, and on the receiver side
converting the digitized received signal to a complex signal using a second complex input filter having a bandwidth corresponding to the bandwidth of the transmission channel,
- with this complex signal, during the prefix recognition phase, on the one hand, the phase-modulated pilot signal initialized in a pseudorandom distribution on a customer side is initialized, and on the other hand, separated by the synchronized pilot signal generated on the receiver side, and decoding the resulting phase-modulated coded digital speech signal by inverse phase modulation on the receiving side, using a controlled-rate code signal, and transmitting it as a complex signal through a second complex output filter which generates a real output signal after digital-analog conversion. .
An important aspect of the process of the present invention is, after the input-side digitization, that complex filtering is carried out on both the transmitter and receiver sides, preferably by means of a Hilbert filter. THE • · · · ····
<img file="HUT74262A_D0004.tif" />
filtering to produce a complex signal from a real signal at which the sampling frequency is reduced; the bandwidth of the complex filter corresponds to the reduced sampling frequency. The operations important for the further process are then performed with complex signals at a reduced clock frequency.
On the output side, for the complex signal, it is advantageous to increase the sampling frequency on both the transmitting side and the receiving side by inserting zeros in the data stream. A complex filter, preferably also a Hilber filter, serves as an interpolation filter that produces a real signal with a sampling frequency corresponding to the channel bandwidth.
The apparatus of the present invention serves to encode and decode speech in voice transmission devices having an end unit for digitizing a speech signal and adapting a transmit signal to a predetermined transmission channel and / or digitizing a received signal and adapting the conditioned received signal to a speech reproduction device. On the transmitter side, a code generator controlled by a (pseudo) random number generator controls a digital phase modulator which phase modulates the digitized speech signal,
- the phase-modulated speech signal is combined with a phase-modulated pilot signal provided by a pilot signal generator, also randomly distributed, into a useful edge j,
- a preamplifier generates a preamble for receiver-side synchronization and payload balancing, which is coupled to the terminal unit in sequence with the payload signal via a switchable switch at a specific rate, and on the receiver side
- a digital equalizer filter which compensates for distortions in the transmission channel of the digitized received signal, having equalization coefficients calculated and set during the reception of the prefix, is received within the received present by a prefix recognition unit that triggers the filtering of the prefixes depending on a given section of the prefix for him in a higher computing unit, and initializes the decoding of the payload by activating a clock synchronization unit which, on the one hand, by complex multiplication of the received demodulated pilot signal with a pilot tone generated on the receiver side, to correct the sampling rate <
a control signal, and on the other hand, by controlling a random number generator also initiated by clock synchronization from the pilot tone generated by the client pilot tone generator, transmits a phase modulated pilot signal via a phase modulator, which is connected to the transmitted pilot signal by subtracting controlled ···· ····
<img file="HUT74262A_D0005.tif" />
a phase demodulator converts an unmodulated digital speech signal which is coupled to a terminal to convert to a voice signal.
Further preferred embodiments and features of the method and apparatus for encoding and decoding speech of the present invention are set forth in the dependent claims.
Contents3
21 sheets
Sheet 1 Sheet 2 Sheet 3 Sheet 4 Sheet 5 Sheet 6 Sheet 7 Sheet 8 Sheet 9 Sheet 10 Sheet 11 Sheet 12 Sheet 13 Sheet 14 Sheet 15 Sheet 16 Sheet 17 Sheet 18 Sheet 19 Sheet 20 Sheet 21
24 members in 17 offices
Priority claims1
| Document | Office | Kind | Date |
|---|---|---|---|
| 4339464 | Germany | A |
Members24
| Document | Office | Kind | |
|---|---|---|---|
| DE4339464A1 | Germany | A1 | |
| WO9515627A1 | World Intellectual Property Organization (WIPO) | A1 | |
| AU8141394A | Australia | A | |
| TW252241B | Taiwan Province of China | B | |
| ZA949167B | South Africa | B | |
| DE4339464C2 | Germany | C2 | |
| FI962106A | Finland | A | |
| FI962106A7 | Finland | A7 | |
| HU9601333D0 | Hungary | D0 | |
| PL314289A1 | Poland | A1 | |
| EP0729678A1 | European Patent Office (EPO) | A1 | |
| SK63096A3 | Slovakia | A3 | |
| KR960706244A | Republic of Korea | A | |
| CZ143896A3 | Czechia | A3 | |
| HUT74262AThis record | Hungary | A | |
| JPH09501291A | Japan | A | |
| US5778073A | United States of America | A | |
| EP0729678B1 | European Patent Office (EPO) | B1 | |
| AT169787T | Austria | T | |
| ATE169787T1 | Austria | T1 | |
| RU2118059C1 | Russian Federation | C1 | |
| DE59406692D1 | Germany | D1 | |
| PL174895B1 | Poland | B1 | |
| SG54159A1 | Singapore | A1 |
1 legal event, as the office reported them to INPADOC
Events
| Event | Code | |
|---|---|---|
| Cancellation of temporary prot. due to refusalDFC4 | DFC4 |
Numbers
- Application
- 9601333
Titles
- English
- PROCESS AND DEVICE FOR SPEECH SCRAMBLING AND UNSCRAMBLING IN SPEECH TRANSMISSION
Classification
- CPC, 2
- H04K1/00
- H04K1/006
- IPC, 2
- H04K1 00
- H04K1 04