JPS6139100A - 秘話装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は音声通信の秘話化を行なう秘話装置、とくにＣ
ＢＭ　（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　５ｉｎｕｓｏｉｄａｌ　
Ｍｏｄｅ−１１ｎｇ　：複合正弦波モデル）の原理に基
ずく秘話装置に関し、秘話性の高いアナログ秘話装置に
係る。

（従来技術） 一般に秘話装置として、音声信号をＡ／Ｄ変換によりデ
ィジタル符号に変換し、これに特定のコード変換等を絶
すことにより原音声情報を秘匿して伝送し、受信側にお
いてこの逆コード変換を行なった後Ｄ／Ａ変換により原
音声信号を再現するというディジタル秘話装置が広く用
いられている。

しかしこのようなディジタル方式は、伝送容量、工２−
レート等の伝送路の伝送品質に対する要求度が高いとい
う欠点を有している。

またこれに対し、例えば音声信号のスペクトルを反転し
、あるいはこれを分割して相対位置を入れ替えて伝送す
る等の水沫を用いるアナログ秘話装置もあるが、これは
一般に伝送路の伝送品質に対する要求は低くてすむが、
原音声信号のスペクトル包絡が何等かの形で残存してい
るため一般に秘話性が低いという欠点を有しでいる。

（発明の目的） 本発明の目的は、後述するＣＳＭによる音声分析、音声
合成の原理を基すいて秘話性の高い新らしい型のアナロ
グ秘話装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の装置は、ＣＳＭ分析手段と、前記手段により算
出されたＣＳＭ周波数データの分布範囲を一定の比率で
変換する手段と、前記変換されたＣＳＭデータによって
指定される周波数と振幅とをもつ複数の正弦波の加算合
成波形を発生するＣＳＭスペクトル発生手段とを有する
送信側と、前記送信側のＣＳＭスペクトル発生手段から
の信号のスペクトル分析を行ない前記加算合成された複
数の各正弦波の周波数および振幅を指定する各パラメー
タを抽出するスペクトルパラメータ抽出手段と、前記抽
出されたパラメータを前記送信側に於ける変換の逆変換
を行なう手段と、前記逆変換されたパラメータの指定す
る各周波数に設定される複数の位相リセット機能付可変
周波数発振器と、これに対応して前記各位相リセット機
能付可変周波数発振器の出力を前記抽出されたパラメー
タの指定する振幅に設定する可変利得増幅器と可変長窓
関数発生器と、乱数発生器とを備え、有声音を合成する
場合にはピッチ周期に対応して前記各位相リセット機能
付可変周波数発振器の位相リセットを行ない、無声音を
合成する場合には前記乱数発生器の出力の乱数より算出
される周期に対応して前記各位相リセット機能付可変周
波数発振器の位相リセットを行ない、前記可変長窓関数
発生器で発生される窓関数の開始時点および終止時点が
上記位相リセットの時点とほぼ一致するようにした受信
側とを有する。

（原　理） 前述のように本発明の秘話装置はＣＡＭの音声分析、音
声合成の原理に基づいている。

そこで最初にＣＳＭの音声分析および音声合成の原理か
ら説明する。

ＣＳＭとは、音声信号を、振幅と周波数とを自由に選べ
るパラメータとしてもつ特定の個数の正弦波の和として
、表現するものである。この正弦波の個数としては高々
４〜６個の予め定めた数が用いられる。

従ってＣＡＭ音声合成を行なう場合には、まず音声信号
をＣＳＭ音声分析により、予め定められた個数の正弦波
の和として表現する必要がある。

ＣＳＭ音声分析については後に詳述することとし、ここ
ではその要点のみを説明する。

ＣＳＭ分析においてもＬＰＧ分析の場合と同様に、位相
情報の無視、音源の影響の平均化、雑音成分による不安
定性の回避等を目的に、中間パラメータとして自己相関
係数を使用する。

すなわち、ＣＳＭ分析は、各分析フレーム毎に表現され
るべき音声波形から直接算出される標本自己相関係数の
低次のタップのＮ個を、合成波の自己相関係数の低次の
タップＮ個と一致するように、合成すべき各正弦波の周
波数およびその強度（電力振幅）を決定することである
。

今、合成すべき正弦波の個数をｎとし、各正弦波の各周
波数をω１（ｉ＝１．２．・・・ｎ）各正弦波の強度な
ｍｉ　とすると、ＣＢＭの合成波ｙｔは、ｙｔ−、幻電
内（ωｉｔ＋φｉ） となるが、このタップＬの自己相関係数γ□はωｉ、ｍ
ｉを用いて容易に表わされ、 である。

一方、表現されるべき音声波形のサンプルをＸｔとする
とあるフレームにおけるタップｔの標本自己相関係数ｔ
ｌｔは として与えられる。

但し、Ｍは１分析フレームにおけるサンプル数である。

さて、ＣＳＭ分析におりては、上述のｒｔが与えられた
υ６と低次のＮ個について等しくなるように各ｍｉ、ω
ｉの値を決定することである。

すなわち、 ｒｔ”’ｔ’但し、ｔ＝０．１，２．・　Ｎが成立する
ようにｍ２．町　の値を決定することである。

この具体的な方法については後に詳述することにして、
ここでは、上述のれ個の正弦波のへ　およびωｔが、与
えられた音声信号に応答して各努析フレームごとに次次
に得られるものとする。

こうして得られ九〇ＳＭパラメータｍｉ、ωｉ　による
音声特徴ベクトルパターンの一例を第１図に示す。

また、分析７レームの窓長を３０ｍ５ＥＣとして分析し
た９次（Ｎ、＝９）のＣＡＭ（正弦波の個数ｎ＝５　）
ラインスペクトルと、同一の音声サンプルより求めた９
次のＬＰＣスペクトル包絡（ＬＰＣ合成フィルタの周波
数伝送特性）との対応例を第２図に示す。

なお、上述の次数Ｎと、正弦波の個数ｎとの間には、後
述するように １’Ｊ＝　２ｎ−１ の関係がある。

これらの図よｆｉ、ＣＳＭは表現すべき原音声の特徴を
抽出した情報を含んでいることが窺える。

しかしながら、こうしてＣＳＭ分析の結果得られたｎ組
のｍｔ、ω、の値を用いて、このｍｉ、ωｉで指定され
る強度（実際の振幅は前述のようにσｑ）および角周波
数をもつｎ個の正弦波を作シ、これを単純に加算合成し
ただけでは、人間の耳には、単に正弦波が合成された音
として聞える程度で全くもとの音声として聴きとること
はできないという特徴を有してる。

これは、正弦波を単純加算しても、発生され光信号のス
ペクトルは、離散化されたｎ個の線スペクトルに過ぎず
、一方、音声信号のスペクトルは連続的なスペクトル包
絡を有し、さらにまた、有声音ではピッチ構造で表揖さ
れ、ま九無声音で唸確率過程で表現される機側なスペク
トル構造を合せもりていて、単純加算したＣＳＭと音声
信号とはスペクトル構造が全く異なっていることに起因
すると考えられる。

そζで、ＣＳＭを用いて聴きとることができる音声を合
成するには、何らかの特別の方法により、線スペクトル
を連続的なスペクトルへ拡散することが必要上なる。つ
まりＣＳＭ音声合成とは、第１図、第２図で示されるよ
うな線スペクトルで表現される音声特徴ベクトルパター
ンを特別な方法で拡散させて、これから音声スペクトル
パターンを発生させることである。そして、このよりな
ＣＳＭ音声合成を行なわなければＣＳＭで指定される周
波数と振幅とをもつ複数の正弦波の単純加算合成波形は
、もとの音声を再現するに必要な情報を鍛も基本的な形
で含んでｉるにもかかわらず、゛全く音声として聴きと
ることができないのである。

本発明の秘話装置は、ＣＳＭの単純加算合成波形のもつ
上述の特徴を利用したものである。

すなわち、送信側において入力音声信号のＣＳＭ分析を
行ない、このＣＳＭの指定する角周波数と振幅とをもつ
複数の正弦波の単純加算合成波形のアナログ信号を生成
してこれを伝送路に送出する。上述のようにこの合成波
形は音声を再現するのに必要な情報を最も基本的な形で
含んでいるにもかかわらず音声としては全く聴きとるこ
とができないという高い秘話性を有している。また、と
くに必要な場合には後に詳述するようにＣＳＭのパラメ
ータに予め定めた特定の変換を施すことによってさらに
その秘匿性を向上することもできる。

さて、受信側においては、特殊なＣＳＭ音声合成を行な
って原音声を再現する。本発明の秘話装置の受信側にお
けるスペクトル拡散によるＣＳＭ音声合成の手法は下記
のようなものである。

すなわち、有声音は明確なピッチ構造を有するため、前
述のようにして指定されるＣＳＭのｎ個の各正弦波を、
このピッチ周期ごとに位相のリセットを行なう。これに
より、簡単にスペクトル包絡の発生とピッチの微細スペ
クトル構造の発生とが可能になる。

さらにまた、実施例の説明において詳述するような特殊
の時間窓関数処理を上述の位相リセット波形に施すこと
により位相リセット時における合成波形の不連続性を除
き、音声波形のもつ連続性を確保している。

以上の実施により第２図に示し九〇ＳＭの２インスペク
トルは、第３図体）に示されるように拡散され、スペク
トル包絡とピッチの微細構造とを有するスペクトルに変
化し、聴覚的にも充分実用に耐える音質が得られること
が実験結果明らかとなっている。

なお参考のため、上述の処理を行なわず、単純加算をし
ただけのＣＳＭのスペクトルを第３図（均に示す。前述
のように、これが伝送路を介して伝送される信号のスペ
クトルであり、このようなスペクトルをもつ波形では聴
覚的には単に正弦波が合成された音として聞える程度で
、原音声を再現することはできない。

以上は有声音の場合であるが、無声音の場合には以下の
ように行なう。すなわち、上述の有声音の場合に、ピッ
チ周期毎に行なった位相のリセットと特殊の時間窓関数
処理とを、無声音の場合にはピッチ周期のかわりに、確
率過程としてランダムＫＭ生するパルスを用い、このパ
ルスの発生時点ごとに上述の処理を実施するようにする
。

以上の手法を用いることにより聴覚的に充分実用に耐え
るＣＳＭ合成を行なうことができる。

なお、以上のＣＳＭ合成はフィルタを用いない合成法で
あるため、合成側の安定性に対する考慮を必要としない
。このため、ｍｉ、ωｉの情報を合成側に伝送し、合成
側で音声を再現する本装置のような通信手段に用いる場
合に、回線品質が比較的劣悪なときには、ボコーダより
も良好な音質が得られるという特徴も考えられる。

ところで上述のごとく正弦波を単純加算しただけでは音
声として知覚されない。本発明の秘話装置は係る原理に
基づくものでＴｏシ、正弦波の分布範囲を変換する手段
により更に秘話性を高めている。

（実施例） 次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第４図は本発明の一実施例を示すブロック図であ′る。

本実施例は送信側１と、受信側２より−ｅる。

送信側１は、さらにＡ／Ｄ変換器１０１、ハミング窓処
理器１０２、自己相関係数計測器１０３、ＣＳＭ分析器
１０４、ピッチ、′ｖ／ＵＶ分析器１０５、パラメータ
変換器１０Ｌｎ個の可変周波数発振器１０７−１〜１０
７−ｎ、ｎ個の可変利得増幅器１０８−１〜１０８−ｎ
、加算合成器１０９、可変利得増幅器１１０　、　可変
周波数’Ｊｌｓ振器１１１　、Ｖ／ＵＶｘ　イッチ１１
２、および加算合成器１１３を含む。

また受信側２は、さらに１スペ゛クトル分析器２０１、
電力分離器２０２、パラメータ逆変換器２０３、ｎ個の
位相リセット機能付可変周波数発振器２Ｑ）４ｆ−１〜
２０４−ｎＳｎ個ノ可変利得増幅１）２０５−１〜２０
５−ｎ、加算合成器２０６、乗算器２０７、乗算器２０
８、Ｖ／ＵＶ切替器２０９、可変長窓関数発生器２１０
、周期算出器２１１および乱数発生器２１２を含んでい
る。

さて、本実施例の動作は下記の通シである。伝送される
べき音声波形は、入力ライン１０００を介して、Ａ／Ｄ
変換器１０１に供給され、ここで振幅および時間軸が量
子化されたディジタルデータに変換されこの出力はそれ
ぞれ、ノーミンク窓処理器１０２、およびピッチ・′ｖ
／Ｕｖ　分析器１０５に供給される。

ハミング窓処理器１０２に供給されたディジタルデータ
は、予め定められている１フレームごとに、公知のハミ
ング窓関数による荷重乗算がなされ、各７レームのデー
タごとに自己相関係数計測器１０３に供給される。

自己相関係数計測器１０３は、こうして入力された各フ
レームのデータごとに前述した下記の演算により低位の
Ｎ個の自己相関係数ｖｔ　　（但しｔ＝０．１．・・・
・・・、Ｍ−１）とすると、の演算処理を行なうことに
より、Ｎ個の各Ｕｔを求める。

こうして求められた各フレーム毎のｕｔＯ組を次のＣＳ
Ｍ分析器１０４に供給するとともに、こレームにおける
電力情報としてパラメータ変換器１０６に供給する。

さて、上述の各フレームごとの自己相関係数ＵｔＯ組の
供給を受けたＣＳＭ分析器１０４は後に詳述する演算を
行なうことＫよって、対応するフレームのＣＳＭのｎ個
の各正弦波の強度および角周波数を指定するｍｉ、ω、
（但しｉ＝１．ｚ、・・・ｎ）の組を決定し、これをパ
ラメータ変換器１０６に供給する。

また、Ａ／Ｄ変換器１０１から原音声信号のディジタル
データの供給を受けたピッチ・Ｖ／ＵＶ分析器１０５は
、ピッチ周期と有声音（Ｖ）／無声音（ＵＶ）に関する
情報を抽出してパラメータ変換器１０６に供給する。

さて、パラメータ変換器１０６はこれらの情報のパラメ
ータ変換を行なって出力する変換器であるが、説明を分
シやすくす石丸めに、最初はこの変換器が何の変換も行
なわず、入力した信号をそのまま出力するものとする。

かくして、ＣＳＭ分析器１０４で得られたｎ個の角周波
数情報ω、は変換器１０６を介して、可変周波数発振器
１０７−１〜１０７−ｎに供給され、これ等発振器の出
力角周波数をそれぞれ指定され九ωｉに設定する。また
、ＣＳＭ分析器１０４で得られたｎ個の強度情報ｍｉは
、同様に変換器１０６を介して可変利得増幅器１０８−
１〜１０８−ｎの利得制御情報として供給され、前記各
発振器１０７−１〜１０７−Ｈの出力をそれぞれ指定さ
れた強度ｍｉになるように設定する。

かくして加算合成器１０９の出力には、ＣＳＭで指定さ
れる振幅および周波数を有する複数の正弦波の単純加算
合成をした波形が得られる。

上述の合成波形はさらに可変利得増幅器１１０により、
その全電力が、相関器１０３で得られた電カシ。に比例
するよう制御された後合成器１１３に供給される。

一方、分析器１０５で得られたピッチ周期情報線可変周
波数発振器１１１に供給され、この発信器１１１の周波
数が与えられたピッチの基本周波数になるように制御さ
れる。さらに分析器１０５かｂｏ有声／ｌｔ、声（Ｖ／
ＵＶ）ｔＨＨ：、Ｖ／ＵＶスイッチ１１２に供給され、
有声音（Ｖ）　　の場合には発振器１１１の出力を合成
器１１３に供給し、無声音（ＵＶ）の場合にはこれを断
とするように制御する。

かくして合成器１１３に接続された伝送路１２００には
、ピッチ情報と電力制御されたＣＳＭの各正弦波の加算
合成波形がアナログ信号の形で伝送されるが、前述のよ
うに、この信号をそのｉｆｆ響に変換しても何等音声と
して聴きとることができないという点で秘話性を有して
いる。

さて、受信側２においては、こうして伝送された信号は
、スペクトル分析器２０１でスペクトル分析が行なわれ
、前記ＣＳＭのラインスペクトルで指定される各角周波
数情報ω、と全電力で荷重された各強度情報ｍコが得ら
れ、後者は電力分離器２０２において全電力情報ν。と
、ＣＳＭの各正弦波の強度情報ｍｉ　とに分離される。

さらにまた、前記スペクトル分析器２０１において、ピ
ッチ周期情報とＶ／ＵＶ　　情報とが抽出され、上記各
情報はパラメータ逆変換器２０３に供給される。

さて、パラメータ逆変換器２０３は、前述の送信側のパ
ラメータ変換器１０６の逆変換を行なう変換器であるが
、前述と同様に説明を分りやすくするために、まず、送
信側のパラメータ変換器１０６が何も変換を行なわず入
力信号をそのまま出力するとしたのに対応して、パラメ
ータ逆変換器２０３も入力した信号をそのまま出力する
ものとする。

かくして、スペクトル分析器２０１の出力であるＣＳＭ
のｎ個の缶液の角周波数を指定するωｉ（Ｗ□〜ｗｎ　
）は、前記ｎ個の位相リセット機能付可変周波数発振器
２０４−１〜２０４−ｎの周波数制御入力に加えられ、
これらの発振器の出力角周波数を指定された角周波数Ｗ
０〜Ｗｎ　に設定する。

また、ＣＳＭのｎ個の缶液の強度（電力振幅）を指定す
る扉、〜先は、前記ｎ個の可変利得増幅器２０５−１〜
２０５−Ｈの利得制御端子に供給され、これによって各
周波数の発振電力が指定された値になるように制御する
。

こうして得られたｎ個の出力は、加算合成器２０６にお
いて加算合成が行なわれた後、次の乗算器２０７に供給
される。

さて、スペクトル分析器２０１で抽出されたピッチ周期
データと、Ｖ／ＵＶ情報（有声音／無声音情報）とは、
それぞれパラメータ逆変換器２０３を介して、ｖ／Ｕｖ
切替器２０９に供給される。

一方、乱数発生器２１２で発生された乱数が、周期算出
器２１１に供給され、ここで乱数の分布幅およびその下
限値が特定の値になるように変換され、無声音時の位相
リセット時間間隔を決定するデータ列としてＶ／ＵＶ切
替器２０９に供給される。

かくして、スペクトル分析器２０１の前述のＶ／ＵＶ情
報が無声音（Ｖ）を指定する場合には、切替器２０９は
、前述のピッチ周期データ側を選択し、これを可変長窓
関数発生器２１０に供給する。

またもし前述のＶ／ＵＶ情報が無声音（ＵＶ）を指定す
る場合には切替器２０９は、前述の周期算出器２１１の
出力の確率過程で発生するランダムな時間間隔を表わす
データ列側を選択し、これを前述のピッチ周期を表わす
ディジタルデータ列のかわシに、窓関数発生器２１０に
供給する。

さて、窓関数発生器２１０は、位相リセットによって出
力波形に生ずる不連続を除き音声波形のもつ連続性を確
保する窓関数を発生するためのもので、またさらにこの
窓関数と奇縁な時間関係を有する位相リセット用パルス
をも発生する。

前述のように、窓一致発生器２１０には、切替器２０９
を介して、次次の位相リセット用パルス間の間隔を指定
するデータ列が入力されるが、窓関数発生器２１０は、
このデータで指定される時間間隔を有するインパルスを
次次に発生し、これを２イン２１０１を介して位相リセ
ット機能付可変周波数発振器２０４−１〜２０４−Ｈの
位相リセット端子に供給し、これによってこれら発振器
の位相さて、窓関数発生ａ２１　ｏは上述の位４ｆｉ　
リセットパルスの発生と同期して下記のような可変長の
窓関数−（、）を発生する。

すなわち、入力されたデータにより指定された　゛その
時点における位相リセット用ノくシス間間隔の値をＴと
し、前の位相リセット用ノくルスが発生してからの経過
時間をＸとすると、 Ｗ（ｇ）＝　０．５　＋　０．５　ａｍ　（π〒）但し
　ｏ＜ｘ＜’ｒ で表わされるような窓関数を発生する。この窓関数Ｗ（
１）を第５図（Ａ）に示す。上述のＴの値は、有声音の
場合にはピッチ周期を表わし、無声音の場合には確率過
程で発生する変数を表わすので１、いずれの場合にも時
間とともに変化する。従ってこの窓関数Ｗωは可変長で
あ如、上述の位相リセット用パルスの発生と第５図（Ｂ
）に示すような相対時間関係で同期している（窓関数の
開始時点および終止時点が位相リセット用）くルスの発
生時点こうして発生された窓関数は、ライン２１０２を
介して、乗算器２０７に供給される。この結果、乗算器
２０７において、加算合成器２０６で合成された各位相
リセット用パルスごとに位相リセットされるｎ個の正弦
波形と、各位相リセット用パルスに同期して発生される
上述の窓関数Ｗ（ロ）との積が得られる。こうして得ら
れる波形は、各正弦波が、位相リセットてれる直前で窓
関数Ｗ（ロ）の乗算により連続的に０に収束されており
、また位相リセット時点では各正弦波は０から立ち上る
ので波形の連続性が確保され、かくして窓関数Ｗ−の乗
算により位相リセット波形に生ずる不連続性を除くこと
ができる。

不連続性を除かれた乗算器２０７の出力は、次の乗：ｉ
ｉｉ、器２０８に供給され、ここで電力分離器２０２に
よって分離された、送信側１から送られた各フレームの
電力情報ｖ０　によって加重され、合成音声としてライ
ン２０００から出力される。

以上に説明したように、本実施例の受信側２においては
、前述した音声合成に必要なＣＳＭ音声合成が実行され
、この結果、伝送路１２００上では秘匿されていた送信
側１に入力した原音声の再現が良好な音質をもって行な
われることになる。

なお、以上の説明においては、送信側１のパラメータ変
換器１０６と、受信側２のパラメータ逆変換器２０３と
は、入力データをその゛まま出力側に出力し、何等変像
を行なわないものとして説明した。勿論これでも、前述
したように、伝送路上における秘話性は保たれる。

すなわち、このような、送信側１におけるパラメータ変
換器１０６と受信側２におけるパラメータ逆変換器２０
３とは全く省略して秘話装置を構成することもできる。

しかし、さらに高度の秘話性′ｆｔ得るためには、パラ
メータ変換器１０６でパジメータ変換を行ない、パラメ
ータ逆変換器２０３でこれの逆変換を行なりて、パラメ
ータ変換器１０６に入力する各データがパラメータ逆変
換器２０３の出力側で得られるようにすればよい。

パラメータ変換例としてはＣＳＭ周波数データの分布範
囲を一定の比率で変換することを実施する。α、θｉを
定数として ωｔ＝α、・町　十〇　　（ｉ＝１．２．−・・−・Ｎ
）といった簡単な変換を用いることができる。なお、Ｏ
＜ａ〈１の場合には、音声の帯域圧縮伝送効果もある。

受信側での変換は ω、；（町−θ）／α　（ｉ＝ｘ、２．・・・・・・Ｎ
）で行なえる。

さらにまた、以上に説明した実施例においては、送信側
１からピッチ周波数情報を伝送するものとしたが、この
かわりに以下のようにして送信側１からのピッチ周波数
情報の伝送を省略することもできる。

すなわち、音声には、音声エネルギが大きいときにピッ
チ周波数が高くなり、音声エネルギが小さいときにはピ
ッチ周波数が低くなるという性質があるのを利用して、
経験的に音声エネルギとピッチ周波数との対応テーブル
を作成する。そして送信側１から伝送される全音声電力
情報からこの対応テーブルを用いてピッチ周期を生成す
る擬似ピッチ周期発生手段受信側２に設け、これにより
発生された擬似ピッチ周期を受信側２で用いるようにし
て、送信側からのピッチ周波数情報の伝送を省略するこ
ともできる。

次に、位相リセット機能付可変周波数発振器２０４の回
路例を第６図に示す。周波数制御端子２０４１に加わる
電圧によって、定電流電源２ｏ４２および２０４３に流
れる。容量２０４４に対する充放電電流値を制御し、こ
れによって発振周波数を可変とする。υ点の発振電圧波
形は基準電圧の＋Ｖｒと−Ｖｒとの間を直線的に上下す
る三角波形となる位相リセット端子２０４５にインパル
スを加えると、Ｖ点は瞬間的に接地されて、強制的に０
電位に引き戻され、そこから発振を再スタートして位相
リセットが行なわれる。このＶ点の三角波発振出力を正
弦波変換器２０４６に入力し正弦波に変換して端子２０
４７より出力し、これを発振器２０４の出力として用い
る。正弦波変換器２６４６は例えばＲＯＭに格納したサ
イン関数値を入力波形で読出す等の方法により容易に実
現できる。

またこのような位相リセット機能付可変周波数発振器は
計算器のプログラムを用いて実現することも容易である
。

次に可変利得増幅器２０５の回路例を第７図に示す。増
幅すべき信号を端子２０５１に加え、制御信号を端子２
０５２に加えることによりて負帰還量を制御し出力端子
２０５３に制御された振幅を有する出力を得る。

またこのほかに、アナログ乗算器を用いて実現すること
もできるし、またＤ／Ａ変換器の基準電圧にアナログ波
形入力を用い、ディジタル入力にディジタル量で表現さ
れた制御情報を用いる等の方法によっても容易に実現す
ることができる。

可変利得増幅器１０８も同様な方法で実現できる。

次に乱数発生器２１２の一回路例を第８図に示す。１５
段のシフトレジスタ２１２１と１個の半加算器２１２２
とにより２１！１　１の周期を有する１５次のＭ系列の
擬似乱数を発生する。必要な時点でクロック端子２１２
３にシフトパルスを加えることにより次の乱数値が得ら
れる。

次に周期算出器２１１のブロック図を第９図（６）に示
す。これは上述の乱数発生器２１１から出力される０か
ら２−１の範囲に一様に分布している乱数を、無声音時
の位相リセット用パルスの時間間隔を指定する乱数とし
て用いるのく適した分布に変換するもので、定数乗算器
２１２１と定数加算器２１２２よりなる。これによって
、第９図（Ｂ）に示すように１乱数の分布幅りと下限値
りとを適当な値に設定することができる。

次に窓関数発生器２１０の一実施例を第１０図に示す。

これは、レジスタ２１０１、プリセット可能なダウンカ
ウンタ２１０２、カウンタ２１０３、読出し専用メモリ
（ＲＯＭ）２１０４を含んでいる。

切替器２０９から供給された位相リセット用パルス間隔
を指定するデータＴは、レジスタ２１０１に格納される
。ダウンカウンタ２１０２は一定周期の高速クロックＣ
ＬＫをカウントするカウンタで、まず、レジスタ２１０
１の内容Ｔをプリセットし、これをクロックＣＬＫを用
いてダウンカウントする。カウンタ２１０２の内容がＯ
になると出力端子よりバルスを発生し、これにより再び
レジスタ２１０１の内容をプリセットしてこの値のダウ
ンカウントを開始する。かくしてダウンカウンタ２１０
２の出力２１０２−１　にはＴに比例した周期（例えば
Ｔ／＆）をもつパルス列が発生する。このパルス列はカ
ウンタ２１０３のクロックとして加えられる。

このクロックで歩進されるカウンタ２１０３のカウント
出力２１０３−１はＲＯＭ２１０４にアドレス指定信号
として加えられ、そこに書き込まれている廖関数Ｗ−の
データを順番に読出して２イン２２００に出力する。カ
ウンタ２１０３の内容かに−になると、ＲＯＭ２１０４
の最後のデータが読出されてライン２１００にリセット
パルスを出力する。このリセットパルスは、発振器２０
４−１〜２０４−Ｈの位相リセット用端子に供給される
前述の位相リセット用パルスとして用いられるとともに
、レジスタ２１０１に次の入力データをセットするため
に用いられる。かくして、パルス間間隔がつぎつぎに指
定された値をもつ位相リセット用パルスと、これと第５
図（Ｂ）に示すように同期された可変長の窓関数Ｗωと
が生成される。

最後にＣＳＭ分析について説明する。

前述のように、ＣＡＭ分析は、各分析フレーム毎に、表
現されるべき音声波形から直接算出される標本自己相関
係数のＮ個の低次のタップ値と、合成波（ｎ個の正弦波
の和）のＮ個の低次のタップ値とが一致するように、合
成すべき各正弦波の角周波数ωｉ　とその強度（電力振
幅）ｒｒＬｉ　　とを決定することである。

今、合成波のタップｔの自己相関係数をｒｔ　とすると
、前述のように ｒＬ＝、Σ　ｍ６　（Ｉｌｌ　Ｌωｉ １閤１ となる。

一方、表現されるべき音声波形のサンプルＸｔから、あ
るフレームの、タップｔの標本自己相関係数ｔｉｔは である。

これより ｒｔ　”　’ｔ　　　　　　　　　　　　　・・・（２
）ｔ　＝　０　、１　、２、−・・−・Ｎ　　但しＮ　
；２　ｎ−１とすると下記のマトリックス表現が得られ
る。

しかし上式は、町および７ｎｉ　が未知のため単純な行
列演算では解けない。そこで、 Ｗ、；（２）Ｘ、　　　　　　　　　　　・・・（４）
とおき、 （Ｘｌｌ”　！　””　（Ｘｌｉ　Ｌ　Ｃｏ！　−”ｚ
　：　ＴＩ−（”　ｚ　）　　　　”’　（５）の置換
を行なう。このＴ馴　はＴｃｈｅｂｙｃｈｅｆｆ（チェ
ビシェフ）の多項式である。この置換を行なうと（３）
式は次のように変換される。

ところが、一般に、１はＴＯ←）、Ｔ１に）・・・・・
・Ｔ　ＩＨの線形結合として表わすことができる。

すなわち 係数である。

このＢ＜ａを用いて、前述の標本自己相関係数ｖｊコ の線形結合Ａｔを下式のように定義する。

但し／、＝０．１，２．・・・・・・、２ｎ−１こうす
ると、（６）式の左辺および右辺にそれぞれ（７）式お
よび（８）式の関係を用いることにより、下記の関係式
が成立する。

さて、ここで、ｘｌ、ｘ２．・・・・・・、Ｘイ　に零
点をもつｎ次の多項式 を定義し、このＰｎ　（ｘ））を用いて（９）式の左辺
と似た式の を作シこれを検討してみる。上式が０であることは明ら
かであるが、さらにこれは次のように変えることができ
る。

以上より、Ａ＝０１１，２１・・・・・・ｎとして下式
が得られる。

が成立する。左辺のＡｉ　でできるマトリクスは一般に
Ｈａｎｋｃｌ　（バンケル）行列と呼ばれているもので
ある。前述のように各Ａｉけ、表現すべき音声波形の標
本自己相関係数ｖｊから（８）式により与−見られるも
ので既知である。

・・・・・・Ｐ（ｎ）　　の値を求めることができる。

この各Ｐ（４）が求めると、ｎ次方程式％式％） の消として（Ｊ　１ｔ　２２・・・・・・、ｘ４）が求
められる。

これより各ＣＳＭ周波数ωｉは（４）式のωｉ４槙　　
−Ｌ’ｓ より求められ、またＣＡＭ強度ｍｉ　は（９）式よ抄導
かれる下式を用いて求められる。

なお、上式の左辺の行列は一般にＶａｎｄｅｒ　Ｍｏｎ
−ｄｅ（７アレデルモンデ）行列と呼ばれているもので
ある。

以上をまとめると、ＣＳＭ分析の分析アルゴリズムは以
下のようになる。

（１）標本自己相関係数を計算する。

（２）逆チェビシェフ係数を用いてＡｔを定義す（３）
　　ＡｔによるＨａｎｋｅｌ　（／Ｎンクル）行列方程
式を解いてＰｊｎ）を求める。

（４）　　ｐｊ”を係数としてもつｎ次代数方程式を解
いてｎ個のＲｉ　　を求める。

ｘ”　　（”）　ｓ”−”　　（ｎ）　Ｊｎ−ｍ　＋　
、、、、、、＋Ｐｎ　（Ｊ）　：Ｅ　　＋ｐ、−８　　
＋ｐｎ−２ｐ”’ｘ＋ｐ　　＝。

（５）　　（２）逆変換を行なってＣＳＭ角周波数（町
）を求める。

一１ ωｉ−槙　ｘｉ （６）　　Ｎ’ａｎ　ｄ＠ｒ　Ｍｏｎｄｅ　（７７ｙデ
ルモンデ）行列方程式を解いてＣＳＭ強度（−、）を求
める。

以上の各ステップを実行することによりＣＳＭの各角周
波数（’１　＃’！・・・・・・＆１Ｉｎ）および缶液
の強度（Ｎ　ｔ　ｔ　ｍ　ｘ　ｔ・・・・・・−）を求
めることができる。

なお、上述のＨａｎｋｅｌ　（バンケル）行列方程式の
能率的解法として、初期条件を与えて遂次的に解を求め
る方法が知られている。

また、上記ｎ次の代数方程式は実根のみを有することが
証明されて込るため、ニエートン・２プソ／の方法等を
用いて根を求めることができる。

さらに、上記Ｖａｎｄ＠ｒ　Ｍｏｎｄｅ　　（７７ンデ
ルモンデ）行列方程式の能率的解法として三角行列化を
行なりて１＠次に解を求める方法を用いることができる
。

以上に述べ九〇ＳＭ分析において、本実施例では、標本
自己相関係数とＣＳＭの自己相関係数とを等しいとする
方程式を解く方法を用いたが、このかわシＩｃＸＬＰＣ
係数の無損失化による線スペクトル周波数の算出および
音数計算による方法を用いることもできる。

また本実施例においては、特定の関数形をもつ可変長窓
関数を用いたが、この関数形は一例を示したもので、他
の関数形が用いられることも明らかである。

さらに乱数発生器、周期算出器等も一例を示したもので
これに限定される必要はない。

なお、以上の実施例においてはＣＳＭの各正弦波の強度
（電力振幅）を指定する量としてｍｉ　　を用いて説明
したが、実際の可変利得増幅器を制御する信号としては
振幅に比例する　ｍｉ　を用いて行なりてもよいことは
明らかである。

（発明の効果） 以上述べたように本発明を用いると、ＣＡＭによる音声
分析合成の原理に基づいて、アナログ信号伝送を行なう
新らしい型の秘話装置を提供できる。この秘話装置は伝
送路の品質に対する要求が比較的低く、まえ高い秘話性
を付与することが可能であるという特徴を有している。

更にこの秘話装置は音声信号の帯域圧線伝送効果も有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＳＭパ２メータによる音声特徴ベクトルパタ
ーンの一例を示す図、第２図はＣ８Ｊインスペクトルと
、同一音声サンプルより求めたＬＰＣスペクトル包絡と
の対応例を示す図、第３図（Ａ）は拡散されたＣＳＭの
スペクトル包絡とピッチの微細構造とを示す図、第３図
（Ｂ）は単純加算しただけのＣＳＭスペクトルを示す図
、第４図は本発明の一実施例を示すブロック図、第５図
（６）は可変長窓関数の関数形を示す図、第５図（Ｂ）
は前記可変長窓関数と位相リセット用パルスとの相対時
間関係を示す図、第６図は位相リセット機能付可変周波
数発根器の一回路例を示す図、第７図は可変利得増幅器
の一回路例を示す図、第８図は乱数発生器の一回路例を
示す図、第９図（Ａ）は周期算出器のブロック図、第９
図（Ｂ）は前記周期算出器の出力の乱数分布を示す図お
よび第１０図は可変長窓関数発生器の一例を示すブロッ
ク図である。 図において、１・・・・・・送信側、２・・・・・・受
信側、１０１・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、工０２・・・
・・・ハミング窓処理器、１０３・・・・・・自己相関
係数計測器、１０４・・・・・・ＣＳＭ分析器、１０５
−−−−−−ピッチ−Ｖ／ＵＶ分析器、１０６・・・・
・・パラメータ変換器、１０７−１〜１０７−ｎ・・・
・・・可変周波数発振器、１０８−１〜１０８−ｎ・・
・・・・可変利得増幅器、１０９・・・・・・加算合成
器、１１ｏ・・・・・・可変利得増幅器、１１１・・・
・・・可変周波数発振器、１１２・・・・・・Ｖ／ＵＶ
スイッチ、１１３・旧・・加算合成器、２ｏ１・・・・
・・スペクトル分析器、２０２・・・・・・電力分離器
、２０３・・・・・・パラメータ逆変換器、２０４−１
〜２０４−ｎ・・・・・・位相リセット機能付可変周波
数発振器、２０５−１〜２０５−ｎ・・・用可変利得増
幅器、２０６・・・・・・加算合成器、２０７・・・・
・・乗算器、２０８・・・・・・乗算器、２０９・・・
・・・Ｖ／ＵＶ切替器、２１ｏ・・・・・・可変長窓関
数発生器、２１工・・・・・・周期算出器、２１２・・
・・・・乱数発生器。 第２図 刈］ｆＬ数　　　　　　　　ｋ虎 司波＠　　　　　　　ｋ楡 Ｘ□ 鴇日罰□ 第５凹 第６　図 第７別 岑８図 第９　回（Ａ） 尊べ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 音声通信の秘話化を行なう秘話装置に於いて、ＣＳＭ分
   析手段と、前記手段により算出されたＣＳＭ周波数デー
   タの分布範囲を一定の比率で変換する手段と、前記変換
   されたＣＳＭデータによって指定される周波数と振幅と
   をもつ複数の正弦波の加算合成波形を発生するＣＳＭス
   ペクトル発生手段とを有する送信側と、 前記送信側のＣＳＭスペクトル発生手段からの信号のス
   ペクトル分析を行ない前記加算合成された複数の各正弦
   波の周波数および振幅を指定する各パラトータを抽出す
   るスペクトルパラトータ抽出手段と、前記抽出されたパ
   ラメータを前記送信側に於ける変換の逆変換を行なう手
   段と、前記逆変換されたパラメータの指定する各周波数
   に設定される複数の位相リセット機能付可変周波数発振
   器と、これに対応して前記各位相リセット機能付可変周
   波数発振器の出力を前記抽出されたパラメータの指定す
   る振幅に設定する可変利得増幅器と、可変長窓関数発生
   器と、乱数発生器とを備え、有声音を合成する場合には
   ピッチ周期に対応して前記各位相リセット機能付可変周
   波数発振器の位相リセットを行ない、無声音を合成する
   場合には前記乱数発生器の出力の乱数より算出される周
   期に対応して前記各位相リセット機能付可変周波数発振
   器の位相リセットを行ない、前記可変長窓関数発生器で
   発生される窓関数の開始時点および終止時点が上記位相
   リセットの時点とほぼ一致するようにした受信側と を有することを特徴とする秘話装置。