DE1062286B - Transmission system for speech signals with bandwidth reduction and circuit arrangement for encryption - Google Patents
Transmission system for speech signals with bandwidth reduction and circuit arrangement for encryptionInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
kl. 21 a 2 36/22kl. 21 a 2 36/22
INTERNATIONALE KL.INTERNATIONAL KL.
H04j;kH04j; k
T15070VIIIa/21a2 T15070VIIIa / 21a 2
ANMELDETAGi 26. AP R I L 19 5 8REGISTRATION DAYi 26 AP R I L 19 5 8
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT] 30. JULI 1959NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL] JULY 30, 1959
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, die für die Übertragung eines kontinuierlichen Signals, insbesondere eines Sprachsignals, erforderliche Bandbreite weitgehend zu reduzieren und das Signal auf einfache Weise möglichst sicher zu verschlüsseln. Um die bekannten, sehr sicheren und zugleich recht einfachen Impulsverschlüsselungsverfahren ;— z. B. Addition einer Schlüsselimpulsfolge zu der zu chiffrierenden Impulsfolge — auf ein kontinuierliches Signal anwenden zu können, ist dieses Signal zunächst zu codieren.The invention is based on the task that is necessary for the transmission of a continuous signal, in particular a voice signal to largely reduce the required bandwidth and the signal to encrypt as securely as possible in a simple way. To the well-known, very safe and at the same time right simple pulse encryption method; B. Addition of a key pulse sequence to the one to be encrypted Pulse train - To be able to apply to a continuous signal, this signal is initially to be used encode.
Bei dem erfmdungsgemäßen Übertragungssystem für Sprachsignale, bei dem zur Verringerung der Bandbreite vom Sprachsignäl abgeleitete Kennwerte in zwei Kanälen übertragen werden, wird in dem ersten. Kanal pro zeitquantisiert abgetastete Amplitude des Sprachsignals nur ein Codeimpuls übertragen bzw. nicht übertragen, je nachdem, ob das Signal zum Abtastzeitpunkt größer oder kleiner als sein Mittelwert ist, und in dem zweiten Kanal wird ein den langsamen Dynamikschwankungen proportionales Amplitudensignal übertragen.In the transmission system according to the invention for speech signals, in which to reduce the Bandwidth characteristics derived from the speech signal transmitted in two channels will be in the first. Channel per time-quantized sampled amplitude of the speech signal only transmit a code pulse or not, depending on whether the signal is sent to the Sampling time is greater or less than its mean value, and in the second channel is a slow one Transmit dynamic fluctuations proportional amplitude signal.
Bei der Pulscodemodulation wird ein. kontinuierliches Signal der Bandbreite b mit einer Pulsfolge der Frequenz 2b abgefragt, und die zum Zeitpunkt der jeweiligen Abtastung vorhandene Signalamplitude wird in eine Dualzahl umgesetzt. Wenn diese Dualzahl η Impulslagen hat, lassen sich damit 2" verschiedene Amplitudenwerte ausdrücken. Durch eine solche beschränkte Zahl qu anvisierter Amplitudenstufen tritt eine Verzerrung des übertragenen Signals auf, die bei Telephonic die Verständlichkeit herabsetzt. Die krasseste Vereinfachung dieses Systems erhält man, wenn pro Abtastung· nur noch ein Impuls geliefert bzw. nicht geliefert wird. Der Impuls drückt dann durch sein Vorhanden- bzw. Nichtvorhandensein nur aus, ob das Signal zum Zeitpunkt der Abtastung größer oder kleiner als sein Mittelwert, d. h. positiv oder negativ ist, wenn man die Mittelwertslinie als Ordinate wählt.In the case of pulse code modulation, a. continuous signal of bandwidth b is queried with a pulse train of frequency 2b , and the signal amplitude present at the time of the respective sampling is converted into a binary number. If this binary number η has pulse positions, it can be used to express 2 "different amplitude values. With such a limited number qu targeted amplitude steps, a distortion of the transmitted signal occurs, which reduces the intelligibility of telephonic · Only one impulse is delivered or not delivered. The impulse then expresses through its presence or absence only whether the signal at the time of sampling is greater or less than its mean value, ie positive or negative, if you follow the mean value line as the ordinate.
Bei dieser vereinfachten Codierung gehen alle Dynamikunterschiede des Signals verloren, denn die positive Halbwelle: eines Signals kleiner Amplitude wird genauso wie die positive Halbwelle des Signals mit maximaler Amplitude durch jeweils nur einen Impuls gleicher Amplitude dargestellt. Erhalten bleiben lediglich die Nulldurchgänge des Signals. Da das Signal jedoch zeitquantisiert abgetastet wird, werden auch nicht die exakten. Nulldurchgangszeiten markiert, sondern es wird lediglich festgehalten, obWith this simplified coding, all dynamic differences in the signal are lost because the positive half-wave: a signal with a small amplitude becomes exactly like the positive half-wave of the signal with maximum amplitude represented by only one pulse of the same amplitude. Obtain only the zero crossings of the signal remain. However, since the signal is sampled in a time-quantized manner, will not be the exact ones either. Zero crossing times are marked, but it is only recorded whether
das Signal in einem Zeitintervall -— seine Polaritätthe signal in a time interval - its polarity
geändert hat oder nicht.has changed or not.
Bei der Untersuchung der Telephonieverständlichübertragungssystem für Sprachsignale mit Bandbreiteverringerung und SchaltungsanordnungWhen examining the telephony audio transmission system for speech signals with bandwidth reduction and circuit arrangement
zur Verschlüsselungfor encryption
Anmelder:Applicant:
Telefunken G.m.b.H., Berlin NW 87, Sickingenstr.71Telefunken G.m.b.H., Berlin NW 87, Sickingenstrasse 71
Dipl.-Ing. Ernst Kettel, Ulm/Donau, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Ernst Kettel, Ulm / Danube, has been named as the inventor
keit einer solchen Schaltungsanordnung, die pro zeitquantisierte Abtastung nur noch einen Codeimpuls liefert — diese Codeimpulse werden im folgenden als Codesignal bezeichnet — stellt man noch eine überraschend hohe Verständlichkeit fest.ability of such a circuit arrangement, the per time-quantized Scanning only delivers one code pulse - these code pulses are hereinafter referred to as Code signal - you can still find a surprisingly high level of intelligibility.
Die Qualität der Übertragung leidet nun erheblich, wenn dem Sprachsignal noch Störungen überlagert sind, denn die Störspannung wird in den Sprachpausen zwischen den einzelnen Worten und Silben mit der gleichen Amplitude übertragen wie die Sprache selbst, da ja auf Grund der vollständigen Amplitudenbegrenzung keine Dynamikunterschiede übertragen werden. Zwar ist die so gestörte Sprache noch verständlich, doch ist das Abhören sehr anstrengend und ermüdend, da sich der Abhörende auch während der Sprachpausen auf das gleich starke Störgeräusch konzentrieren muß. Die Qualität wird durch Übertragung eines . den Dynamikschwankungen, proportionalen Amplitudensignals in einem zweiten Kanal verbessert. Für die Übertragung des Amplitudensignals genügt schon eine Bandbreite von 30Hz, eine Erhöhung auf 200 Hz bringt nur einen kleinen Gewinn an Verständlichkeit. The quality of the transmission now suffers considerably if interference is still superimposed on the voice signal because the interference voltage is included in the pauses in speech between the individual words and syllables transmitted with the same amplitude as the speech itself, because of the complete amplitude limitation no dynamic differences are transmitted. Although the language so disturbed is still understandable, but eavesdropping is very exhausting and tiring, since the eavesdropper is also during the Speech pauses must concentrate on the equally strong background noise. The quality is through transmission one . the dynamic fluctuations, proportional amplitude signal in a second channel improved. A bandwidth of 30 Hz is sufficient for the transmission of the amplitude signal, one Increasing it to 200 Hz brings only a small gain in intelligibility.
Soll auch das Amplitudensignal nach einem der bekannten Impulsverschlüsselungsverfahren chiffriert werden, ist es ebenfalls zu codieren. Eine Untersuchung zeigt, daß eine auf 3°/o genaue Amplitudenquantisierung des Amplitudensignals ausreicht, d. h., es werden 25 = 32 Amplitudenstufen gebraucht. Die Kanalkapazität des Amplitudensignals beträgt also nur 5 · 2 · 30 = 300 bits. Für das Codesignal ergibt sich bei einer zu übertragenden Bandbreite von 3000 Hz eine Kanalkapazität von 1 · 2 · 3000 = 6000 bits, und damit ist für das gesamte Signal eine Kanalkapazität von 6300 bits erforderlich.If the amplitude signal is also to be encoded using one of the known pulse encoding methods, it must also be encoded. An investigation shows that an amplitude quantization of the amplitude signal accurate to 3% is sufficient, ie 2 5 = 32 amplitude steps are required. The channel capacity of the amplitude signal is therefore only 5 * 2 * 30 = 300 bits. With a bandwidth of 3000 Hz to be transmitted, the code signal has a channel capacity of 1 * 2 * 3000 = 6000 bits, and a channel capacity of 6300 bits is therefore required for the entire signal.
909 579/293909 579/293
·:': Vergleichende Quaiitätsuntersuchungen ergeben, daß "bei einem pulscodemodulierten Sprachsignal zwei bis drei Impulse pro Abtastung übertragen, werden müssen, um die gleiche Verständlichkeit zu erreichen.. Pie erforderliche Kanalkapazität beträgt dann etwa 2,5 · 2 · 3000 = 15 000 bits; Der Gewinn an Bandbreite bei der erfindunsgemäßen Codierung ist also beträchtlich. : ': Comparative quality tests show that "with a pulse-code-modulated speech signal, two to three pulses per scan are transmitted must to achieve the same intelligibility .. Pie required channel capacity is then about 2.5 x 2 x 3000 = 15,000 bits; The gain in bandwidth in the coding according to the invention is therefore considerable.
Es, ist zwar ..an sich bekannt, ein Sprachsignal in zwei Kanäle aufzuteilen, wobei im einen Kanal die Frequenzinformation und im zweiten Kanal die Dynamikschwankungen des Sprachsignals übertragen werden, um dadurch auch bei einem sehr ungünstigen Signal-zu-Störpegel-Verhältnis im Übertragungskanal noch eine Übertragung zu ermöglichen. (Philips Technische Rundschau, 1957/58, Nr. 3 vom 9. 12. 57, S. 69 bis 80 sowie deutsche Patentschrift 878 381). Da bei diesen bekannten Systemen aber die Frequenzinformation durch vollkommene Begrenzung des kontinuierlichen Sprächsignals gewonnen wird, sind sie z. B. für die Anwendung der Impulsverschlüsselungs-,verfahren, wie sie bei der Erfindung möglich sind, ungeeignet.It is, in fact .. known per se, a speech signal in split two channels, with the frequency information in one channel and the Dynamic fluctuations of the speech signal are transmitted, thereby making it even with a very unfavorable one Signal-to-interference level ratio in the transmission channel to enable transmission. (Philips Technische Rundschau, 1957/58, No. 3 of December 9, 57, pp. 69 to 80 and German patent specification 878 381). Since in these known systems but the frequency information by complete limitation of the continuous Speech signal is obtained, they are z. B. for the application of the pulse encryption, procedure, as they are possible with the invention, unsuitable.
An Hand der Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Übertragungssystem erklärt. Das Sprachsignal wird im Codierer 1, der pro Abtastung nur einen Codeimpuls liefert bzw. nicht liefert, in das Codesignal c des einen Kanals α umgewandelt. Außerdem wird das Sprachsignal für den anderen Kanal b mit der Diode 2 gleichgerichtet. Der Tiefpaß 3 läßt nur die langsamen Dynamikschwankungen, z.B. /<C30Hz, passieren, die dann gegebenenfalls im Codierer 4 zum Signal d des zweiten Kanals impulscodemoduliert werden. Empfangsseitig werden das Codesignal e des einen Kanals und das pulscodemodulierteAmplitudensignal/ des anderen Kanals in den Impulsformierstufen. 5 bzw. 6 von den Störsignalen getrennt, und das Amplitudensignal f wird im Decodierer 7 und im Tiefpaß 8, z.B. /<C30Hz, in ein kontinuierliches Signal umgewandelt. Das mit dem Amplitudensignal im Ringmodulator 9 modulierte Codesignal des anderen Kanals kann nach Durchlaufen des Tiefpasses 10, z. B. / = 3000Hz, abgehört werden.The transmission system according to the invention is explained with reference to FIG. The speech signal is converted into the code signal c of the one channel α in the coder 1, which delivers or does not deliver only one code pulse per scan. In addition, the voice signal for the other channel b is rectified with diode 2. The low-pass filter 3 allows only the slow dynamic fluctuations, for example / <C30Hz, to pass, which are then possibly pulse-code-modulated in the encoder 4 to form the signal d of the second channel. On the receiving side, the code signal e of one channel and the pulse-code-modulated amplitude signal / of the other channel are used in the pulse-forming stages. 5 or 6 separated from the interference signals, and the amplitude signal f is converted into a continuous signal in the decoder 7 and in the low-pass filter 8, for example / <C30Hz. The code signal of the other channel modulated with the amplitude signal in the ring modulator 9 can, after passing through the low-pass filter 10, e.g. B. / = 3000Hz, can be monitored.
Das von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelieferte codierte Sprachsignal läßt sich nach den bekannten, relativ sehr sicheren Impulsverschlüsselungsverfahren chiffrieren.The coded speech signal supplied by the circuit arrangement according to the invention can be traced encrypt the well-known, relatively very secure impulse encryption method.
Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Schaltungsano'rdnungen als Ausführungsbeispiele für die Ver- bzw. Entschlüsselung eines mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 codierten Sprachsignale. FIGS. 2 and 3 show two circuit arrangements as exemplary embodiments for the connection or Decryption of a speech signal encoded with the circuit arrangement according to the invention according to FIG. 1.
Entsprechedn Fig. 2 wird zum Codesignal c und zum pulscodemodulierten Amplitudensignal d in den Addierstufen 11 bzw. 12 je eine Schlüsselinipulsfolgeg- bzw. h, z. B. modulo· 2, getrennt hinzuaddiert, wodurch die verschlüsselten Signale c' und d' entstehen. Dabei ist bei der Addition modulo η als Summe der bei der Division der algebraischen Summe durch η verbleibende, Rest definiert. Bei einer Addition modulo 2 können also nur die Zahlen 0 oder 1 als Summe erscheinen. Empfängerseitig werden das verschlüsselte Codösignal e' und das verschlüsselte Amplituden-Corresponding to Fig. 2, the code signal c and the pulse-code-modulated amplitude signal d in the adding stages 11 and 12 each have a key pulse sequence or h, z. B. modulo · 2, added separately, whereby the encrypted signals c ' and d' arise. In addition, modulo η is defined as the sum of the remainder remaining after dividing the algebraic sum by η. With an addition modulo 2, only the numbers 0 or 1 can appear as a sum. On the receiver side, the encrypted code signal e ' and the encrypted amplitude
signal/' durch Addition, z.B. modulo 2, der Schlüsselimpulsfolge g bzw,, h in den Addierstufen 13 bzw. 14 dechiffriert und dadurch die Signale e und / wieder im Klartext erhalten.signal / 'is deciphered by adding, for example modulo 2, the key pulse sequence g or, respectively, h in the adding stages 13 and 14 and thereby the signals e and / are again obtained in plain text.
In Fig. 3 werden das Codesignal c und das pulscodemodulierte Amplitudensignal d durch einen elektronischen Schalter 15 nach dem an sich, bekannten Zeitmultiplexverfahren in eine einzige Impulsfolge umgewandelt und in der Addierstufe 16 durch Addition, z. B. modulo 2, einer Schlüsselimpulsfolge i zum Signal / chiffriert. Empfängerseitig wird die chiffrierte Impulsfolge k in der Addierstufe 17 durch Addition, z. B. modulo 2, der Schlüsselimpulsfolge i entschlüsselt und durch' den Elektronenschalter 18 wieder in. das Codesignal e und das Amplitudensignal / aufgespalten.In Fig. 3, the code signal c and the pulse code modulated amplitude signal d are converted by an electronic switch 15 according to the time division multiplex method known per se into a single pulse sequence and in the adder 16 by addition, for. B. modulo 2, a key pulse train i to the signal / encrypted. At the receiver end, the encrypted pulse train k is added in the adder 17, e.g. B. modulo 2, the key pulse sequence i decrypted and by 'the electron switch 18 again in. The code signal e and the amplitude signal / split.
Claims (3)
Deutsche Patentschrift Nr. 878 381.Considered publications:
German patent specification No. 878 381.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DET15070A DE1062286B (en) | 1958-04-26 | 1958-04-26 | Transmission system for speech signals with bandwidth reduction and circuit arrangement for encryption |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DET15070A DE1062286B (en) | 1958-04-26 | 1958-04-26 | Transmission system for speech signals with bandwidth reduction and circuit arrangement for encryption |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1062286B true DE1062286B (en) | 1959-07-30 |
Family
ID=7547810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DET15070A Pending DE1062286B (en) | 1958-04-26 | 1958-04-26 | Transmission system for speech signals with bandwidth reduction and circuit arrangement for encryption |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1062286B (en) |
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1958
- 1958-04-26 DE DET15070A patent/DE1062286B/en active Pending
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