JPS624021B2

JPS624021B2 -

Info

Publication number: JPS624021B2
Application number: JP55055509A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Sakurai; Keiichiro Koga; Takuo Muratani
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1987-01-28
Also published as: JPS56153862A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はスペクトル入換による音声信号の秘話
伝送装置に係り、特に高い秘話性を要求される通
信に適した秘話伝送装置に関する。従来の秘話伝送装置には、大別して時間軸上で
スクランブルを行う装置と周波数軸上でスクラン
ブルを行う装置の２つがある。前者の装置として、(i)…音声信号を時間的にブ
ロツクに区切つて１ブロツク内でサンプル値の順
序を入換える装置、(ii)…サンプル値の極性を変え
る装置等があり、さらに後者の装置に属するもの
として、(iii)…周波数反転法による装置、(iv)…音声
信号を周波数軸上で複数個の周波数スロツトに分
割し、これらのスロツトを予め定められた規則に
従つて入換えたり、１つのスロツト内で周波数を
反転する装置、(v)前記の(iv)の入換の規則を時間的
に変える装置等がある。秘話装置の特性を評価する基準として、暗号
化キーおよび復号化キーの選択の多様性、暗号
化キーと復号化キーとが対応しない場合の秘話
性、暗号化キーに対して復号化キーが正しく選
択されて復号された場合の音声の品質、装置の
規模等が考えられる。上述した従来装置の(i)、(ii)の場合、秘話性を高
めるための順序の入換や極性の反転の頻度を大き
くすると、スクランブルを行つたスクランブル出
力信号は白色雑音になり、伝送路の周波数特性に
よりデスクランブルを行つた音声の明瞭度が悪く
なるという欠点がある。また、(iii)の周波数反転法
は解読が簡単であり、(iv)の装置は、秘話性を高め
ようとする周波数スロツトの帯域幅を小さくしな
ければならないので、鋭い周波数特性を持つフイ
ルターが多数必要となるため回路の規模が大きく
なるという欠点がある。さらに、(v)のようにスロ
ツトの入換を時間的に変化させる装置では、(iv)に
比べて解読は困難となるが、狭帯域フイルターの
時間的応答が遅いため、デスクランブル出力信号
において、スロツト入換順序の切換すなわち狭帯
域フイルタの切換えによる雑音が大きいという欠
点がある。本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑みなさ
れたもので、上記の(v)の概念に基づくものである
が、狭帯域フイルターを使わずに音声信号に高速
フーリエ変換（FFT）あるいは、高速アダマー
ル変換（FHT）を施してそのスペクトルを入換
えた後その逆変換を行つて伝送し、受信側では再
びFFT又はFHTを行つて送信側の入換えを復元
した後FFT又はFHTの逆変換を行つて復号信号
を得るようにした音声信号の秘話装置を提供する
ものである。この装置では、FFT（あるいはFHT）のポイ
ント数を大きくすることによりスペクトルの数が
増えるため、従来技術に比べて暗号化、復号化を
行なう際のキーの数を多くすることが容易であ
り、解読を一層困難にし、秘話性を高めることが
できる。また、狭帯域フイルターを用いる従来技
術の場合、スロツト数と同じ数の変調器を使う装
置等によりスロツト入換を行なつていたが、本発
明ではサンプル値を扱うため入換は演算処理によ
り簡単に行なえる効果がある。さらに、なまつた
インパルスレスポンスを持つ狭帯域フイルターを
用いないため、デスクランブル出力信号において
スペクトル入換順序の切換による雑音を小さくす
ることができるなどの利点を有する。以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。第１図は、音声信号に施す直交変換として高速
フーリエ変換（FHT）を適用した一実施例を示
す。図においては、１は入力端子、２はFFT
（高速フーリエ変換）回路、３はスペクトル入換
回路、４はIFFT（逆高速フーリエ変換）回路、
５は合成回路、６はスペクトル入換制御回路、７
はタイミング発生回路、８は同期用信号発生回
路、９は出力端子を示す。入力端子１から入力された4KHz帯域の音声信
号は、FT回路２により周波数軸上の信号に変換
されスペクトルを発生する。このスペクトルはス
ペクトル入換回路３によりスペクトル入換制御回
路６が指示する予め定まつた規則により入換えら
れ、この後IFFT回路４により時系列信号に戻さ
れ、さらに、各フレームを識別するための同期用
信号と合成されて4KHz帯域のスクランブルを行
つたスクランブル出力信号として出力端子９に出
力される。以上の動作は、タイミング発生回路７
によつて制御されている。また、この実施例では
FFT回路２およびIFFT回路４は同一のFFT回路
を時分割的に使用してもよい。第２図に第１図で示したスペクトル入換回路３
とスペクトル入換制御回路６の構成例を示し、ス
ペクトルの入換動作を詳細に説明する。第２図において、１０は第１図のFFT回路２
からの出力（スペクトル）を記憶している
RAM、１１は入換キーを記憶しているROM、１
２は入換えられたスペクトルを記憶している
RAM、１３は入換キーの番号を示すカウンタ、
１４はROM１１のアドレスを示すカウンタを示
す。さらに、破線又は実線で区分された３つの部
分はそれぞれ、第１図のタイミング発生回路７、
入換制御回路６、スペクトル入換回路３に相当し
ており、RAM１２のデータがIFFT回路４へ出力
される。また、第１表は第２図の動作説明の補助として
使用するもので、第２図のROM１１の内容を、
スペクトル数が８個、入換キーが４種類あると仮
定して示している。第１表において、アドレスは
５ピツトで表わされ、上位２ビツトはキーの番号
と対応し、下位３ビツトは０〜７番目のスペクト
ルと対応する。例えば、10進０番目のキーにおい
ては、各スペクトルはスクランブルにより４→
０、３→１、５→２、２→３、６→４、１→５、
７→６、０→７の如くそれぞれ入換えられ、デス
クランブルにより７→０、５→１、３→２、１→
３、０→４、２→５、４→６、６→７の如くそれ
ぞれ入換えられ元に戻ることを表わしている。第２図の回路の動作を次に説明する。最初に使
用するキーの番号を13にセツトする。例えば13の
内容が“10”であると仮定する。カウンタ１４の
上位２ビツトにはカウンタ１３と同じビツトパタ
ンをセツトし、下位３ビツトは“000”にリセツ
トされた状態から動作を開始する。この５ビツト
（10000）がROM１１のアドレスとなる。第１表
からわかるように、ROM１１から読み出される
値は５（101）であり、これがRAM１０のアドレ
スとなる。これから読み出される値（第５番目の
スペクトルの値）を、カウンタ１４の下位３ビツ
ト（000）をアドレスとしてRAM１２に書きこ
む。次に、タイミングパルス発生器７からタイミ
ングパルスが出てカウンタ１４に“１”が加算さ
れて“10001”となり、上と同じ動作が繰り返さ
れる。８個のスペクトルの入換が終わる

【表】

【表】と、カウンタ１４は“10000”にリセツトされ
る。数フレーム同じキーで入換えを行なうと、カ
ウンタ１３に“１”が加算されて“11”になり、
10進表示「３」のキーにより入換えを行なうこと
になる。なお、Ｎ点についてFFTを行なう場
合、１フレームはＮ個のサンプル値から構成され
る。数フレームに亘つて10進表示「３」のキーで
入換操作を行なうと、カウンタ１３は“00”にリ
セツトされ、10進表示「０」のキーを使うことに
なる。以上の動作を繰返すことにより、秘話性の高い
音声信号のスクランブルが可能となる。次に、本発明により送出された信号を受信する
場合の受送信間の同期（フレーム同期）の１例に
ついて説明する。受信側に同期情報を知らせる方法としては、い
くつか考えられるが、ここでは音声帯域の外にパ
イロツト信号を入れる方法をとる。第３図で_１
は音声帯域下限周波数、_２は上限周波数、_c
は同期信号搬送波周波数、_３は伝送路帯域上限
周波数、_sはサンプリング周波数を表わしてい
るが、図のように周波数_cなる搬送波をフレー
ム周波数_r〔_r＝_s／Ｎ（Ｎ…FFTのポ
イント数）で数十Hz程度〕の正弦波で変調した信
号を_２〜_３の帯域内に入れる方法をとる。こ
の信号は、同期用信号発生回路８で作成されてス
クランブル信号と合成回路５で合成される。第４図に、本発明装置により伝送された信号を
受信するための受信側における回路の１例を示
す。図において、１５は入力端子、１６は同期信
号除去用フイルター、１７は同期信号抽出回路、
１８は出力端子を示し、１５にはスクランブル信
号が入力され、１８からは復号された音声信号が
出力される。その他の２ａ，４ａ，６ａ，７ａは
第２図に示した実施例の２、４、６、７とほぼ同
一のものである。ただ、本実施例と第２図に示し
た送信側の実施例との違いは、スペクトル入換回
路３の内に設けられるROM１１の内容が第１表
の最右列のデータが書き込まれていることであ
る。よつて詳しい説明は省略する。なおスペクトルの入換に関して次の点が考えら
れる。 (イ) 第３図に示すように、伝送路帯域が_１〜
_３で同期用信号の帯域として_２〜_３まで必
要な時、音声信号において重要な帯域が_１〜
_２の中におさまるように入換える必要があ
る。 (ロ) 音声信号のサンプリング周波数を_s、サン
プル値をＶ_i（ｉ＝０、１、……）として、Ｎ
点のFFTを施した場合得られるスペクトルＳ_k
はとなるが、次式から解るように、Ｓ_k（ｋ＝０、……、N/2）
が０〜_ｓ／２の周波数に対応しており、

【式】（ｋ＝１、……、Ｎ／２−１）は負の周波数に対応しいて、Ｓ〓_-kと複素共役になつている。そこ
で、次のようにして演算の簡単化を図る。すな
わち、ｋ＝０〜Ｎ／２−１のスペクトルのみFFTにより値を求め、図２のRAM１０に記憶する。
これにスペクトル入換を行なつてRAM１２に
記憶するが、ｋ＝Ｎ／２＋１〜Ｎ−１のスペクトルに関しは、それぞれに対応する正の周波数スペクトルの虚数
部の符号を反転したものをRAM１２への入力
とする。第５図に、第２図を修正して演算の簡単化を図
つた実施例を示す。第５図において、１９はアド
レス変換用ROM、２０はAND回路、２１はAND
回路２０の出力が“１”のときのみデータを符号
反転させる回路である。また、表２−１〜２−４
は第５図の動作説明の補助として使用するもの
で、RAMおよびROMの内容を示す。この実施例においては、FFTのポイント数は
８点（Ｎ＝８）で、ROM１１には４種類の入換
キーが記憶されており（表２−１）、RAM１０に
はＫ＝０〜Ｎ／２−１のスペクトルが記憶されている（表２−２）。表２−３には表２−１における10進
表示「１」のキーでスクランブルを行うと仮定し
た場合のRAM１２の内容を示す。表２−４に
は、１４のカウンターの下位４ビツトを変換して
RAM１２のアドレスとして用いるため、アドレ
ス変換用ROM１９の内容を示す。

【表】

【表】この第５図の回路の動作を次に説明する。表２
−１の10進表示「１」のキーを使う場合、カウン
タ１４は“010000”から始まるが、今途中の過程
を考え、カウンタ１４が“011000”であるとす
る。この上位４ビツト“0110”をアドレスとし
て、ROM１１から読み出されるデータは“11”
であり、RAM１０のアドレスは“110”でRe
（S₃）がデータとして出力される。このデータを
RAM１２へ書き込むのであるが、そのアドレス
としそてはカウンタ１４の下位４ビツトから
ROM１９により変換されたアドレス（すなわち
“0100”）を用いる。次に、カウンタ１４に“１”が加算されて
“011001”となるが、ROM１１，RAM１０のア
ドレスは変わらずROM１９のアドレスが
“1001”となる。従つてRAM１２のアドレス
“1100”にRe（S₃）が記憶される。これは負の周
波数のスペクトルの実数部を記憶する役割をも
つ。カウンタ１４が加算されて“011010”となる
と、RAM１０のアドレスは“111”となり、Im
（S₃）が出力される。これはRAM１２のアドレス
“0101”（すなわちROM１９においてアドレス
“1010”の出力）に記憶される。次に、カウンタ
１４に“１”が加算されて“011011”となると、
RAM１２のアドレス“1101”の所にデータが記
憶されることになる。この場合、AND回路２０
の出力は“１”となり、符号反転器２１によりデ
ータが符号反転されるため、−Im（S₃）が記憶さ
れることになる。次に、カウンタ１４に“１”が
加算されると、“011100”となり、ROM１１のア
ドレスが“0111”となり、次のスペクトル入換を
行なうことになり、以上のことが繰り返される。なお、表２−４においてデータ内容が××××
となつているが、これは“0000”、“0001”、
“1000”、“1001”以外の適当な値でよいことを示
す。この個所は、Ｋ＝０に対する負の周波数成分
に対応するものであり、書き込みは不要である
が、回路の簡単化のためRAM１２の適当なアド
レスに記憶する。（この記憶されたアドレスに
は、後に正しい値が書き込まれるため差し支えな
い）上述のスペクトル入換により、RAM１２のア
ドレス“0000”〜“0111”、“1010”、“1111”にス
ペクトル値が記憶されるが、“1000”および
“1001”はＫ＝Ｎ／２のスペクトルを表わすため
リセツト時に０にクリアしておき、書き込みをし
ないようにしておく。 FFTの場合は、１フレーム内での時系列信号
が無限にくり返した場合のスペクトルが得られる
ため、実際の周波数と完全には一致しない。従つ
て、伝送路を通過後デスクランブルをした時歪み
が生ずるが、FFTのポイント数を数十点以上に
取ればその影響は小さく問題はない。次に音声信号に施す直交変換として高速アダマ
ール変換（FHT）を適用する場合について説明
する。回路構成は、FFTの場合と全く同様で単
に第１図のFFT回路２がFHT（高速アダマール
変換）回路に、また、IFFT回路４がIFHT（逆
高速アダマール変換）回路に代るだけである。スペクトルに関しても、FFTの場合と若干異
なる。すなわち、音声信号のサンプリング周波数
を_sとしてＮ点のウオルシユ型FHTを施した場
合（_０＝_s／Ｎとする）、得られるスペクトル
Ｓ_k（ｋ＝０、…、Ｎ−１）において、S₀は直流
分の大きさ、S₁は周波数_０の正弦波成分、S₂は
周波数_０の余弦波成分、S₃は周波数２_０の正
弦波成分、S₄は周波数２_０の余弦波成分、…
…、Ｓ_N-1は周波数Ｎ／２・_０の正弦波成分に
対応しており実数値であることがFFTと異な
る。 FFTとFHTを比較した場合、次の２点が特徴
として考えられる。 (a) 演算方式に関しては、加減算のみからなる
FHTの方が簡単である。 (b) スペクトルに関しては、FFTの方が実際の
周波数に近いためデスクランブル時の音質がす
ぐれている。以上述べたように、本発明装置は音声信号に高
速フーリエ変換、あるいは高速アダマール変換を
施してスクランブルして伝送路に送出するもので
あるから、キー選択の多様性に伴う高度の秘話
性、復号時の音声品質、装置の規模の点ですぐれ
ていることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の送信側実施例を示すブロツク
図、第２図、第５図は本発明に用いる回路の具体
例を示すブロツク図、第３図は本発明による伝送
信号を説明するための周波数配列図、第４図は本
発明により伝送された信号の受信のための受信側
回路例を示すブロツク図である。

Claims

【特許請求の範囲】１伝送すべき音声信号に高速フーリエ変換を施
してスペクトル配列を作成する第１のFFT手段
と、その作成されたスペクトルの配列を予め定め
る規則に従つて入換を行つたスクランブル出力を
得る第１の入換手段と、該スクランブル出力に逆
高速フーリエ変換を施した信号を伝送路に送出す
る第１のIFFT手段と、該伝送路により伝送され
た信号に高速フーリエ変換を施してスペクトル配
列を作成する第２のFFT手段と、その作成され
たスペクトルの配列に対し前記予め定める規則に
従う入換を復元するための再入換を行つたスクラ
ンブル出力を得る第２の入換手段と、該スクラン
ブル出力に逆高速フーリエ変換を施して復号出力
を得る第２のIFFT手段とを備えたことを特徴と
する音声信号の秘話伝送装置。２伝送すべき音声信号に高速アダマール変換を
施してスペクトル配列を作成する第１のFHT手
段と、その作成されたスペクトルの配列を予め定
める規則に従つて入換を行つたスクランブル出力
を得る第１の入換手段と、該スクランブル出力に
逆高速アダマール変換を施した信号を伝送路に送
出する第１のIFHT手段と、該伝送路により伝送
された信号に高速アダマール変換を施してスペク
トル配列を作成する第２のFHT手段を、その作
成されたスペクトルの配列に対し前記予め定める
規則に従う入換を復元するための再入換を行つた
スクランブル出力を得る第２の入換手段と、該ス
クランブル出力に逆高速アダマール変換を施して
復号出力を得る第２のIFHT手段とを備えたこと
を特徴とする音声信号の秘話伝送装置。