CH636231A5

CH636231A5 - Method for improving the quality of voice reproduction in coding methods

Info

Publication number: CH636231A5
Application number: CH1154978A
Authority: CH
Inventors: Peter Rohm
Original assignee: Tekade Felten & Guilleaume
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1983-05-13
Also published as: DE2750240A1; FR2408950A1; AT369599B; ATA796678A; DE2750240B2; DE2750240C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wiedergabequalität von Sprache, die zwischen zwei Teilneh- 35 mern in Form verschlüsselter Sprachsignale übertragen wird. Die Verschlüsselung kann dabei entweder durch Teilband-austauschung erfolgen (vgl. z.B. CH-PS 238 926) oder durch Vertauschung von Sprachabschnitten gleicher Länge vorgenommen werden (vgl. z.B. CH-PS 237 094). Auf der Emp- 40 fängerseite erhält man durch den Entschlüsselungsprozess im Prinzip das ursprüngliche Signal. Praktisch jedoch haften dem auf diese Weise gewonnenen Sprachsignal Mängel an, die sich bei der akustischen Wiedergabe durch erhebliche Störgeräusche bemerkbar machen. Bei der Verschlüsselung durch zeit- 45 liehe Tauschung können diese Störgeräusche unter anderem zweierlei Ursachen haben: The invention relates to a method for improving the reproduction quality of speech which is transmitted between two participants in the form of encrypted speech signals. The encryption can be done either by subband exchange (see e.g. CH-PS 238 926) or by swapping language sections of the same length (see e.g. CH-PS 237 094). On the receiver side, the decryption process basically gives the original signal. In practice, however, the speech signal obtained in this way has defects which are noticeable in the acoustic reproduction by considerable noise. When encrypting by means of temporal exchange, these interfering noises can have two causes, among others:

1) Durch die Vertauschung der einzelnen Sprachabschnitte auf der Senderseite erhält das verschlüsselte Sprachsignal Sprungstellen, die bei der Übertragung durch die Bandbegren- so zung und die Laufzeiteigenschaften des Übertragungskanales abgeflacht werden. Dadurch treten nach der Rückvertauschung an den Nahtstellen der einzelnen Sprachabschnitte wiederum Sprünge auf, die die Verständlichkeit der wiedergegebenen Sprache erschweren. 55 1) By exchanging the individual speech sections on the transmitter side, the encrypted speech signal receives jump points which are flattened during transmission due to the band limitation and the runtime properties of the transmission channel. As a result, after swapping back, jumps occur again at the interfaces of the individual language sections, which make the reproduced language more difficult to understand. 55

2) Die Schnittstellen der Sprachabschnitte, die auf der Empfängerseite aus dem verschlüsselten Signal erzeugt wurden, stimmen wegen der nur endlich genauen Synchronisation nicht mit den senderseitigen Schnittstellen überein. Auf diese Weise erhält das zurückgewonnene Sprachsignal Teile, die nicht ihre 60 ursprüngliche Lage einnehmen und sich bei der akustischen Wiedergabe störend bemerkbar machen. 2) The interfaces of the speech sections, which were generated on the receiver side from the encrypted signal, do not match the interfaces on the transmitter side due to the finite synchronization. In this way, the recovered speech signal receives parts that are not in their original position and are noticeable in the acoustic reproduction.

Störgeräusche mit entsprechenden Ursachen treten auch bei der Verschlüsselung durch Teilbandtauschung auf. Noise with corresponding causes also occurs during encryption by subband exchange.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verständ- 6.5 lichkeit der wiedergewonnenen Sprache zu verbessern, ohne Entzerrerschaltungen zu verwenden oder die Synchronisationsgenauigkeit zu erhöhen. The object of the invention is to improve the comprehensibility of the recovered speech without using equalization circuits or increasing the synchronization accuracy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das erfindungsge-mässe Verfahren einschliesslich seiner Ausgestaltung näher erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verschlüsselungsverfahren, bei dem die Verschlüsselung durch Vertauschung von Sprachabschnitten gleicher Länge und die Entschlüsselung durch entsprechende Rückvertauschung vorgenommen wird. The method according to the invention, including its configuration, is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. The exemplary embodiment relates to an encryption method in which the encryption is carried out by exchanging speech sections of the same length and the decryption is carried out by exchanging them accordingly.

Die Figur zeigt schematisch einige Teile einer Anlage, an deren Eingang 1 das verschlüsselte Sprachsignal eingegeben wird und an deren Ausgang 2 das entschlüsselte und von Störungen der genannten Art befreite Sprachsignal abgegriffen wird. Die Figur zeigt eine Anlage, bei der die Entschlüsselung in einer digitalen Zwischenstufe vorgenommen wird. Vorrichtungen und Zuführungen zum Takten der Anlage oder einzelner Bauteile sind nicht eingezeichnet. The figure shows schematically some parts of a system, at the input 1, the encrypted voice signal is entered and at the output 2, the decrypted and freed of interference of the type mentioned speech signal. The figure shows a system in which the decryption is carried out in a digital intermediate stage. Devices and feeders for clocking the system or individual components are not shown.

Der Analog-Digital-Wandler A/D tastet das verschlüsselte Eingangssignal ab und übergibt die digitalisierten Abtastproben zur Rückvertauschung an die Entschlüsselungsvorrichtung 3 weiter. In dieser Vorrichtung werden die Abtastproben nach ihrer Zugehörigkeit zu bestimmten Sprachabschnitten in Einzelspeichern zusammengefasst und schliesslich die Sprachabschnitte in ihre ursprüngliche Reihenfolge gebracht. Die weiteren Bauteile - bis auf den Digital-Analog-Wandler D/A am Ausgang der Vorrichtung nach der Figur - dienen ausschliesslich der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. The analog-to-digital converter A / D samples the encrypted input signal and passes the digitized samples on to the decryption device 3 for exchange. In this device, the samples are grouped into individual memories according to their belonging to certain speech sections and finally the speech sections are brought into their original order. The other components - apart from the digital-to-analog converter D / A at the output of the device according to the figure - are used exclusively to carry out the method according to the invention.

Beim erfindungsgemässen Verfahren wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass Störungen, die die oben aufgezählten Ursachen haben, nur am Anfang und am Ende eines Sprachabschnittes auftreten, während der dazwischenliegende Teil eines Sprachabschnittes störungsfrei ist. Mit anderen Worten: An jeder Nahtstelle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sprachabschnitten des Sprachsignales am Ausgang der Vorrichtung 3 lässt sich, z.B. experimentell, ein Grenzbereich ermitteln, der Störungen mit den oben angegebenen Ursachen enthalten kann. Die Grösse dieses Grenzbereiches hängt von den Eigenschaften des Übertragungskanales und von der Synchronisationsgenauigkeit zwischen senderseitigem und empfänger-seitigem Taktgeber ab. In the method according to the invention, use is made of the knowledge that disorders which have the causes listed above only occur at the beginning and at the end of a speech section, while the part of a speech section in between is free of interference. In other words: At each interface between two successive speech sections of the speech signal at the output of the device 3, e.g. experimentally, determine a limit range which can contain disturbances with the causes given above. The size of this limit range depends on the properties of the transmission channel and on the synchronization accuracy between the transmitter-side and receiver-side clock.

Nach den Zeitpunkten, die durch Anfang und Ende eines Grenzbereiches bestimmt sind, richtet sich einerseits das Auftreten der Impulse des Impulsgebers 9 und andererseits die Zeitkonstante des Zeitschalters 8. Diese Vorrichtungen sind so konstruiert, dass der Impulsgeber 9 jeweils zu Beginn eines Grenzbereiches einen Startimpuls an den Zeitschalter 8 abgibt, der am Ende eines Grenzbereiches wieder in seine Ausgangsstellung zurückfällt. Während der instabilen Stellung des Zeitschalters 8 - also innerhalb des gesamten Grenzbereiches -wird der Umschalter 5 und die Steuereinrichtung 6 derart be-einflusst, dass der Umschalter den Ausgang des Schreib-/Lese-Speichers 4 statt des Ausganges der Entschlüsselungsvorrichtung 3 mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers D/A verbindet, während die Steuereinrichtung 6 den Schreib/Lese-Speicher 4 auf Lesebetrieb umstellt. Durch diese Massnahme werden die in den Grenzbereichen enthaltenen Teile des Sprachsignales, das am Ausgang der Entschlüsselungsvorrichtung 3 anliegt, durch Teile des Inhaltes des Speichers 4 ersetzt. The occurrence of the pulses of the pulse generator 9 and, on the other hand, the time constant of the time switch 8 are based on the times which are determined by the start and end of a limit range. These devices are designed such that the pulse generator 9 applies a start pulse at the beginning of a limit range outputs the timer 8, which falls back into its initial position at the end of a limit range. During the unstable position of the time switch 8 - i.e. within the entire limit range - the changeover switch 5 and the control device 6 are influenced in such a way that the changeover switch switches the output of the read / write memory 4 instead of the output of the decryption device 3 to the input of the Digital-to-analog converter D / A connects while the control device 6 changes the read / write memory 4 to read mode. As a result of this measure, the parts of the voice signal contained in the border areas, which are present at the output of the decryption device 3, are replaced by parts of the content of the memory 4.

Im einzelnen geht diese Ersetzung derart vor sich, dass ein in der Steuereinrichtung 6 enthaltener Adresszähler mit jedem Takt um eine Stelle weitergestellt wird und somit die Adressen der Speicherstellen des Speichers 4 durchläuft. Die Stellung des Adresszählers gibt an, welche Speicherstelle gerade gelesen oder geschrieben wird. Des weiteren fragt die Synchronisiereinrichtung 7 das Sprachsignal am Eingang des Digital-Analog-Wandlers D/A nach charakteristischen Merkmalen ab. Ein solches Merkmal kann z.B. ein relatives Maximum der Hüllkurve des Sprachsignales sein. Stellt die Synchronisiereinrichtung 7 In detail, this replacement takes place in such a way that an address counter contained in the control device 6 is incremented by one digit with each cycle and thus runs through the addresses of the memory locations of the memory 4. The position of the address counter indicates which memory location is currently being read or written. Furthermore, the synchronizing device 7 queries the voice signal at the input of the digital / analog converter D / A for characteristic features. Such a feature can e.g. be a relative maximum of the envelope of the speech signal. Provides the synchronization device 7

3 636 231 3,636,231

ein solches relatives Maximum fest, so setzt sie den Adresszäh- signales mit dem ursprünglichen Signalverlauf übereinstim-ler der Steuereinrichtung 6 sofort auf Null. In den Speicher 4 men (Extrapolationsgenauigkeit). Werden besonders hohe werden daher nur diejenigen Teile des Sprachsignales einge- Ansprüche an die Wiedergabequalität gestellt, so lässt sich - bei schrieben, die sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden der Verwendung von relativen Maxima der Hüllkurve als charakteristischen Merkmalen befinden. Gibt während des 5 charakteristische Merkmale des Sprachsignales - die Extrapola-Schreibbetriebes des Speichers 4 der Impulsgeber 9 einen _ tionsgenauigkeit dadurch erhöhen, dass das Sprachsignal in Impuls ab, so wird der Speicher 4 auf Lesebetrieb umgeschaltet, Teilsignale zerlegt wird, von denen jedes nur Frequenzen entwobei der Adresszähler in der Steuereinrichtung 7 weiterläuft hält, die zu einem Frequenzteilband des Gesamtfrequenzban-und nach Erreichen seines letzten Höchststandes wieder bei des gehören. Von jedem Teilsignal wird nun die Hüllkurve Null anfängt. Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis der io gebildet und deren relative Maxima zur Extrapolation verwen-Zeitschalter 8 wieder in seine stabile Stellung zurückfällt. det, um jedes Teilsignal für sich von Störungen zu befreien. If such a relative maximum is established, it immediately sets the address counting signal to the original signal curve of the control device 6 to zero. In the memory 4 men (extrapolation accuracy). If particularly high parts of the speech signal are therefore placed on the reproduction quality, it is possible to write for those that are between two successive use of relative maxima of the envelope as characteristic features. If during the 5 characteristic features of the voice signal - the extra-pole write operation of the memory 4 of the pulse generator 9 increases the accuracy of the fact that the voice signal is emitted in a pulse, the memory 4 is switched over to read operation, partial signals are broken down, each of which only frequencies The address counter in the control device 7 continues to run, which belongs to a frequency sub-band of the total frequency band and, after reaching its last high level, again belongs to the. The envelope curve zero now begins for each partial signal. The process is repeated until the io is formed and its relative maxima used for extrapolation time switch 8 fall back into its stable position. det to free each component signal from interference.

Die Wiedergabequalität der Sprache hängt davon ab, wie Nach der Entstörung werden die Teilsignale wieder zum genau die durch Extrapolation gewonnenen Teile des Sprach- Gesamtsignal zusammengefasst. The reproduction quality of the speech depends on how, after the interference suppression, the partial signals are again combined to exactly the parts of the total speech signal obtained by extrapolation.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

636 231

PATENT CLAIMS

1. A method for improving the reproduction quality of speech in encryption processes in which speech sections are interchanged and / or the frequency spectrum of speech sections is changed, characterized in that, after the decryption process, the transition areas between the speech sections are replaced by a signal curve which is obtained by extrapolation from the previous course of the speech signal emerges.

2. The method according to claim 1, characterized in that for the extrapolation constantly recurring characteristic features of the speech signal are determined, that each time such a feature occurs, the now following course of the speech signal is stored in a read / write memory, while the old content this memory is written over-15, and that when a transition area occurs, this is replaced by the rest and, if necessary, by the cyclically repeated content of the read / write memory.

3. The method according to claim 2, characterized in that the relative maxima of its envelope are used as characteristic features of the speech signal.

4. The method according to claim 3, characterized in

that in order to increase the extrapolation accuracy, the frequency band of the speech signal is broken down into frequency subbands and that the speech signals formed from the individual subbands are suppressed and combined to form the suppressed overall signal.

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