NO165320B

NO165320B - PROCEDURE AND DEVICE FOR AA REPEAT A VOICE SIGNAL.

Info

Publication number: NO165320B
Application number: NO84840460A
Authority: NO
Inventors: Per Tjernlund
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1990-10-15
Also published as: NO165320C; MY8700463A; NO840460L

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å forvrenge et talesignal ved omkastning av frekvensbånd, slik at talen blir uforståelig, idet oppfinnelsen dessuten vedrører et apparat for utførelse av fremgangsmåten. The invention relates to a method for distorting a speech signal by reversing frequency bands, so that the speech becomes unintelligible, the invention also relating to an apparatus for carrying out the method.

Ulike metoder er kjent innenfor trådløs telekommunikasjon for å vanskeliggjøre uberettiget avlytting. En metode innebærer såkalt tidsscrambling, hvor et tidsintervall av signalet deles i blokker av en viss lengde, hvilke deretter omkastes og sendes. Karakteren av menneskelig tale og ønsket om lav oppfattbarhet i det forvrengte signalet medfører at blokkene ikke kan gjøres for korte. Lengre blokker ville nemlig medføre problematisk forsinkelse. Forsøk har vist at forsinkelsen som introduseres av en scrambler med noenlunde lav oppfattbarhet hos det forvrengte signalet, utgjør drøyt et sekund, hvilket er meget irriterende ved dupleksforbin-delse. Various methods are known within wireless telecommunications to make unauthorized eavesdropping difficult. One method involves so-called time scrambling, where a time interval of the signal is divided into blocks of a certain length, which are then reversed and sent. The nature of human speech and the desire for low intelligibility in the distorted signal means that the blocks cannot be made too short. Longer blocks would cause a problematic delay. Experiments have shown that the delay introduced by a scrambler with relatively low intelligibility in the distorted signal amounts to just over a second, which is very annoying in the case of a duplex connection.

En annen metode for å forvrenge tale er frekvensscrambling, hvor signalets frekvens først oppdeles i et antall bånd. Another method of distorting speech is frequency scrambling, where the signal's frequency is first divided into a number of bands.

Båndene omkastes deretter, idet noen av dem speilvendes, for å tilveiebringe et uforståelig signal. Frekvensscrambling er i prinsippet en enkel metode, men den nødvendiggjør kostbart og plasskrevende filterutstyr for ved modulasjon å opptransponere et frekvensbånd, utføre en båndbegrensning og til slutt en nedtransponering. The tapes are then reversed, some of them being mirrored, to provide an unintelligible signal. Frequency scrambling is in principle a simple method, but it necessitates expensive and space-consuming filter equipment in order to up-transpose a frequency band during modulation, carry out a band limitation and finally a down-transposition.

Ved en fremgangsmåte ifølge norsk patentskrift 139 907 oppdeles det opprinnelige talebånd ved sendesiden i to eller flere delbånd, idet det ene delbånd blir forsinket i forhold til det annet delbånd, hvoretter der utføres en addisjon av båndene. Deretter utføres modulasjonsoperasjoner på de summerte signaler som derved oppdeles i to eller flere komplementære delbånd. Disse nye delbånd kastes om med hensyn på sin posisjon innenfor summeringssignalenes båndbredde. Dessuten styres de andre delbåndenes båndbredde-forhold av et styresignal på sendersiden for ytterligere forvrengning av utsendt signal. In a method according to Norwegian patent document 139 907, the original speech band is divided on the transmitting side into two or more sub-bands, one sub-band being delayed in relation to the other sub-band, after which an addition of the bands is carried out. Modulation operations are then performed on the summed signals, which are thereby divided into two or more complementary subbands. These new subbands are recast with regard to their position within the bandwidth of the summing signals. In addition, the bandwidth ratio of the other subbands is controlled by a control signal on the transmitter side for further distortion of the transmitted signal.

Formålet ved oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte som, under anvendelse av billigere midler enn de som allerede er kjent, f.eks. integrert teknikk, påvirker oppfattbarheten slik at en passende sikkerhetsgrad oppnås. The purpose of the invention is to provide a method which, using cheaper means than those already known, e.g. integrated technique, affects the perceptibility so that an appropriate degree of security is achieved.

Oppfinnelsens grunntanke er at den periodiske gjentagelsen av signalfrekvensspekteret ved sampling, som er kjent innenfor teknikken og beskrevet bl.a. i kapittel 3 av publikasjonen Digital Signal Processing, Uppenheim & Schafer, Prentice Hall, anvendes både for å forskyve og speilvendé de respektive frekvensbånd. The basic idea of the invention is that the periodic repetition of the signal frequency spectrum by sampling, which is known in the art and described i.a. in chapter 3 of the publication Digital Signal Processing, Uppenheim & Schafer, Prentice Hall, is used both to shift and mirror the respective frequency bands.

Ved fremgangsmåten ifølge nevnte norske patentskrift utføres ingen slik sampling av det oppdelte talebånd, slik tilfellet er ved den foreliggende oppfinnelse. I stedet utføres der et antall moduleringer, idet bærefrekvensen til den annen In the method according to the aforementioned Norwegian patent, no such sampling of the divided speech band is carried out, as is the case with the present invention. Instead, a number of modulations are performed, the carrier frequency of the other

modulator dessuten er styrbar.' Muligens kan moduleringene modulator is also controllable.' Possibly the modulations can

ifølge den kjente fremgangsmåte sammenlignes med samplingen av hvert og ett av delbåndene, som utføres i henhold til den foreliggende fremgangsmåte, men det som utmerker seg ved den foreliggende fremgangsmåte, og som ikke fremgår av det norske patentskrift, er at ved samplingen polvendes annethvert sampel for å fremskaffe et annet delbåndsspekter hvor delbåndene er speilvendt i forhold til det første delbånds spekter. according to the known method is compared with the sampling of each and every one of the sub-bands, which is carried out according to the present method, but what is distinctive about the present method, and which is not apparent from the Norwegian patent document, is that during the sampling every second sample is reversed for to obtain another sub-band spectrum where the sub-bands are mirrored in relation to the first sub-band spectrum.

Sammenholdt med fremgangsmåten ifølge det norske patentskrift anvender den foreliggende fremgangsmåte bare utfiltrering av delbåndet og sampling ifølge polreversering av annenhver samplingspuls. Noen modulasjon av delbåndene anvender man ikke, noe som medfører enklere filteranord-ninger, slik dette er påpekt tidligere i den foreliggende Compared to the method according to the Norwegian patent document, the present method only uses filtering out the subband and sampling according to polarity reversal of every other sampling pulse. No modulation of the subbands is used, which results in simpler filter devices, as was pointed out earlier in the present

beskrivelse. description.

Oppfinnelsen er kjennetegnet slik det fremgår av patent-kravene. The invention is characterized as shown in the patent claims.

Oppfinnelsen er beskrevet nærmere nedenfor ved hjelp av The invention is described in more detail below with the help of

et utførelseseksempel og med henvisning til de vedlagte tegninger, på hvilke figur 1 viser prinsippet for den kjente frekvensscramblingsmetoden, figur 2a, 2b forklarer deler av det teoretiske grunnlag på hvilket oppfinnelsen er basert, figurene 3a - d er diagrammer som illustrerer de ulike trinn i fremgangsmåten, figurene 4a, b er diagrammer som forklarer speilvendingen av frekvensbåndet, an exemplary embodiment and with reference to the attached drawings, in which figure 1 shows the principle of the known frequency scrambling method, figures 2a, 2b explain parts of the theoretical basis on which the invention is based, figures 3a - d are diagrams illustrating the various steps in the method , Figures 4a, b are diagrams explaining the mirror reversal of the frequency band,

og figur 5 viser et apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. and Figure 5 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention.

Figur la viser frekvensspektrumet for et talesignal. Til-fredsstillende scrambling oppnås dersom båndbredden deles f.eks. i fire delbånd, og valgte delbånd beveges til fre-kvensposisjonen for andre delbånd og/eller speilvendes. Som det vil fremgå av fig. la er delbåndet 1 blitt flyttet til posisjonen for delbåndet 2, delbåndet 2 er blitt speilvendt og flyttet til posisjonen for delbåndet 4, delbåndet 3 er kun blitt speilvendt og delbåndet 4 er blitt speilvendt og flyttet til posisjonen for delbåndet 1. Ulempen med denne fremgangsmåte er at den nødvendiggjør modulasjon av et bånd, f.eks. et 4000 Hz bånd, med en frekvens f^, Figure la shows the frequency spectrum for a speech signal. Satisfactory scrambling is achieved if the bandwidth is divided, e.g. in four subbands, and selected subbands are moved to the frequency position of other subbands and/or mirrored. As will be seen from fig. 1a, subband 1 has been moved to the position of subband 2, subband 2 has been mirrored and moved to the position of subband 4, subband 3 has only been mirrored and subband 4 has been mirrored and moved to the position of subband 1. The disadvantage of this method is that it necessitates modulation of a band, e.g. a 4000 Hz band, with a frequency f^,

som er vesentlig høyere enn båndets grensefrekvens, for å opptransponere båndet samt utfiltrering av det ønskede delbånd, f.eks. av en bredde lik 1000 Hz, og til slutt modu-lering med en frekvens f2 for å nedtransponere det ut-fUtrerte delbånd til den beregnede posisjon. Disse trinn nødvendiggjør kostbart og plasskrevende filterutstyr, og formålet med oppfinnelsen er å oppnå samme siktemål som gis av det kjente apparat, med enklere og billigere midler. which is significantly higher than the band's cut-off frequency, in order to up-transpose the band and filter out the desired subband, e.g. of a width equal to 1000 Hz, and finally modulation with a frequency f2 to down-transpose the filtered subband to the calculated position. These steps necessitate expensive and space-consuming filter equipment, and the purpose of the invention is to achieve the same objective as provided by the known apparatus, with simpler and cheaper means.

Figurene 2a og 2b forklarer det teoretiske grunnlag for oppfinnelsen. Figur 2a viser et signal med den teoretiske båndbredden B, som samples med en samplingsfrekvens fg, idet den periodiske gjentagelse av signalfrekvensspekteret således opptrer i henhold til figur 2b. Dersom signal-båndbredden er lik halvparten av samplingfrekvensen, Figures 2a and 2b explain the theoretical basis for the invention. Figure 2a shows a signal with the theoretical bandwidth B, which is sampled with a sampling frequency fg, the periodic repetition of the signal frequency spectrum thus occurring according to Figure 2b. If the signal bandwidth is equal to half the sampling frequency,

vil signalenes frekvensspektra om hverandre og ampli-tudeverdiene av tilliggende bånd bli speilvendt i forhold til hverandre. the frequency spectra of the signals and the amplitude values of adjacent bands will be mirrored in relation to each other.

Som et eksempel kan man anta at frekvensspekteret ifølge fig. la har en båndbredde av 3000 Hz og er oppdelt i 4 delbåndbredder av 750 Hz hver. For å forklare oppfinnelses-prinsippet kan det antas at delbåndet 2 flyttes til posisjonen for delbåndet 4, og dessuten speilvendes. Delbåndet 2 filtreres ut i henhold til figur 3a og samples med en frekvens av 1500 Hz. På denne måte oppnås en periodedannelse av delbåndet 2 med en periode av 1500 As an example, it can be assumed that the frequency spectrum according to fig. la has a bandwidth of 3000 Hz and is divided into 4 sub-bandwidths of 750 Hz each. In order to explain the principle of the invention, it can be assumed that the sub-band 2 is moved to the position of the sub-band 4, and also mirrored. Subband 2 is filtered out according to Figure 3a and sampled at a frequency of 1500 Hz. In this way, a periodic formation of subband 2 with a period of 1500 is achieved

Hz, slik det vil fremgå av fig. 3b, hvor minustegnet betegner speilvending av det opprinnelige delbånd. Spekteret i posisjon 4 skal speilvendes, og for dette formål vil hele spekteret bli forskjøvet 750 Hz ifølge figur 3c. Hz, as will appear from fig. 3b, where the minus sign denotes a mirror reversal of the original partial band. The spectrum in position 4 must be mirrored, and for this purpose the entire spectrum will be shifted 750 Hz according to figure 3c.

Dette skjer ved å multiplisere tidssamplene med (-l)<n>, ifølge kapittel 3 i den allerede nevnte publikasjon Digital Signal Processing, Uppenheim & Schafer, Prentice Hall. Figur 4a illustrerer et antall samplingverdier som er tatt med en samplingfrekvens av 1500 Hz. For å tilveiebringe speilvending blir vekselvis samples polvendt, slik det fremgår av fig. 4b. Ved å filtrere ut det fjerde delbåndet fra dette periodiske spektrum, som er blitt for-skjøvet 750 Hz, er det blitt oppnådd en speilvending samt en forskyvning av delbåndet til posisjon 4. This happens by multiplying the time samples by (-l)<n>, according to chapter 3 of the already mentioned publication Digital Signal Processing, Uppenheim & Schafer, Prentice Hall. Figure 4a illustrates a number of sampling values taken with a sampling frequency of 1500 Hz. In order to provide mirror reversal, samples are alternately reversed, as can be seen from fig. 4b. By filtering out the fourth subband from this periodic spectrum, which has been shifted 750 Hz, a mirror reversal and a shift of the subband to position 4 has been achieved.

Alle delbånd håndteres på samme måte, og adderes så til et felles signal. Det bør bemerkes at nødvendigheten av frekvens forskyvning varierer fra tilfelle til tilfelle. Dersom f.eks. odde delbånd skal flyttes til like-talls posisjoner og speilvendes, kreves ingen frekvensforskyvning ettersom speilvending allerede oppnås ved periodedanneIsen. All subbands are handled in the same way, and are then added to a common signal. It should be noted that the necessity of frequency shifting varies from case to case. If e.g. odd sub-bands are to be moved to even-numbered positions and mirrored, no frequency shift is required as mirroring is already achieved by the period formation.

Figur 5 viser et apparat for å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Talesignalene mates til sampling-filtre la - ld, som er beregnet for frekvensbåndene 0 - 750, 1500 - 3000, 1500 - 2250 og 2250 - 3000 Hz. Filterene samples ved hjelp av en samplinganordning 7 med en frekvens av 1500 Hz, hvorved ovennevnte periodiske spektrum oppstår. Filterene har en slik konstruksjon at de har to utganger, hvor det på en av disse oppstår de samplede verdier og på den andre de samme samplede verdier, men med vekselvis omvendt polaritet. Samtlige filterutganger 2a - 2h er til-koblet en omkoblermatrise 3, som kan forbinde dem med et av fire båndpassfiltre 4a - 4d, beregnet henholdsvis for frekvensbåndene 0 - 750, 750 - 1500, 1500 - 2250 og 2250 - 3000 Hz. Om man betrakter det tidligere eksempel, hvor delbåndet 2 ble flyttet til posisjonen 4 og speilvendt, Figure 5 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention. The speech signals are fed to sampling filters la - ld, which are designed for the frequency bands 0 - 750, 1500 - 3000, 1500 - 2250 and 2250 - 3000 Hz. The filters are sampled by means of a sampling device 7 with a frequency of 1500 Hz, whereby the above-mentioned periodic spectrum occurs. The filters have such a construction that they have two outputs, where the sampled values occur on one of these and the same sampled values on the other, but with alternating polarity. All filter outputs 2a - 2h are connected to a switch matrix 3, which can connect them to one of four bandpass filters 4a - 4d, calculated respectively for the frequency bands 0 - 750, 750 - 1500, 1500 - 2250 and 2250 - 3000 Hz. If one considers the previous example, where subband 2 was moved to position 4 and mirrored,

vil man her se at den andre utgangen 2d fra filteret lb er forbundet med filteret 4d, som tilhører den fjerde posisjonen i spekteret. Ettersom utgangen 2d fra filteret lb tilveiebringer et periodisk spektrum med sine delbånd speilvendt i forhold til det delbånd som oppnås over filter-inngangen, vil dets periodiske spektrum ha delbånd som er speilvendt i forhold til det opprinnelige delbånd og opptrer ved frekvensene 750 - 1500, 2250 - 3000, 3750 - 4500 Hz etc. Filteret 4d vil således utfiltrere delbåndet 2250 - 3000 Hz. Utgangssignalene fra samtlige fire filtre 4a - 4d mates til en summeringskrets 5 for å danne en forvrengt form av det opprinnelige signalet. Kontaktene i koblings-matrisen 4 er antydet som relékontakter, men er i reali-teten elektroniske kontakter som kan påvirkes av en elek-tronisk styreanordning, eksempelvis en mikroprosessor 6. one will see here that the second output 2d from the filter lb is connected to the filter 4d, which belongs to the fourth position in the spectrum. As the output 2d of the filter lb provides a periodic spectrum with its subbands mirrored in relation to the subband obtained above the filter input, its periodic spectrum will have subbands mirrored in relation to the original subband and occur at frequencies 750 - 1500, 2250 - 3000, 3750 - 4500 Hz etc. The filter 4d will thus filter out the sub-band 2250 - 3000 Hz. The output signals from all four filters 4a - 4d are fed to a summing circuit 5 to form a distorted form of the original signal. The contacts in the connection matrix 4 are indicated as relay contacts, but are in reality electronic contacts that can be influenced by an electronic control device, for example a microprocessor 6.

En måte for ytterligere å vanskeliggjøre uberettiget avlytting er å endre koden, ifølge hvilken delbåndene flyttes og speilvendes, med jevne eller variable tidsintervaller, hvilket kan skje med hjelp av mikroprosessoren 6. One way to further complicate unauthorized eavesdropping is to change the code, according to which the subbands are moved and mirrored, at regular or variable time intervals, which can be done with the help of the microprocessor 6.

Dekoding av det scramblede signalet skjer på analog måte som scramblingen. Forskjellen er at ved dekoding tilføres det mottatte signalet til filterenes la - ld inngang, Decoding of the scrambled signal takes place in an analogous way to the scrambling. The difference is that during decoding, the received signal is fed to the filter's la - ld input,

idet matrisekontaktene innstilles i samsvar med rekompo- as the matrix contacts are set in accordance with recompo-

neringsnøkkelen. Således forbindes f.eks. utgangen 2h fra filteret ld til inngangen på filteret 4b for å speilvende båndet 4 og forflytte det til posisjonen 2, og utgangssignalene fra filterene 4a - 4d adderes med hverandre. Kodene på sende- og mottakssidene må selvfølgelig være overensstemmende, og hver endring må finne sted samtidig. Det er således åpenbart at oppfinnelsen omfatter såvel koding som dekoding. the nering key. Thus, e.g. the output 2h from the filter ld to the input of the filter 4b to mirror the band 4 and move it to position 2, and the output signals from the filters 4a - 4d are added together. The codes on the sending and receiving sides must of course match, and each change must take place at the same time. It is thus obvious that the invention includes both coding and decoding.

Som tidligere nevnt er det en vesentlig fordel med oppfinnelsen at integrert teknikk kan anvendes, f.eks. koblede kapasitansfiltere, såkalt switch-C filtere. As previously mentioned, it is a significant advantage of the invention that integrated technology can be used, e.g. coupled capacitance filters, so-called switch-C filters.

Claims

1. Method for distorting a speech signal by inverting and/or mirroring the frequency band in the speech signal, whereby a) the speech signals are filtered to divide them into a number of subbands, b) each and every one of the obtained subbands is sampled with a sampling frequency that is the same for each sub-band, and which is at least twice as large as the bandwidth of the individual sub-bands for obtaining a number of first spectra of samples, which constitutes a periodic repetition of respective sub-bands, characterized by c) in said sampling, every other sample is reversed for the production of a number of other spectra, each with a periodic repetition of respective sub-bands in mirrored form, that d) from some of the mentioned first and second spectra a sub-band is filtered out which corresponds to the original sub-band, and which is mirrored and not -mirrored and shifted in the frequency band, and that e) all sub-bands obtained in this way are added in a manner known per se for the transmission of the distorted signal .

2. Method for recomposing a distorted speech signal in which the frequency band has been flipped and/or mirrored according to claim 1, characterized in that the method according to claim 1 is repeated, with the subband filtered out from the two mentioned types of spectrum being mirrored and/or shifted in accordance respectively with its position and state in the original speech signal.

3. Apparatus for distorting or recomposing a speech signal according to claim 1 or 2, comprising a number of input filters (la - ld) and a number of output filters (4a - 4d) corresponding to a number of subbands (1-4) of the speech signal, a connection network (3) connected between said input filters (la - ld) and output filters (4a - 4d) as well as an ad-division circuit (5) for combining the signals obtained from said output filters into a common signal, characterized in that said input filters (la - ld) consist of sampling filters with a first and a second output, that a sampling device (7) samples the signals in each of said input filters (la - ld), so that a train of sampled values, and the same values appear on said second output, but with alternating polarity, and that the connection network (3) is arranged to connect the output signals of the input filters (la - ld) to said output filters (4a - 4d) depending on control signals from a control unit (6).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the control device (6) controls the connection between the first (la - ld) and the second (4a - 4d) group of filters through the connection network (3) according to a selected sequence.

5. Apparatus as specified in claim 3 or 4, characterized in that the filters are coupled capacitance filters, so-called switch-C filters.