DE848521C - Verfahren zur UEbertragung gesprochener Nachrichten durch Kennwerte der Sprachschwingungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. SEPTEMBER 1952

P 1335 V

Glarus (Schweiz)

Es sind Verfahren zur Ül>ertragung gesprochener Nachrichten bekannt, hei denen an Stelle der Sprachschwingungen veränderliche Größen übertragen werden, welche die charakteristischen Eigenschaften des Sprachspektrums kennzeichnen. Die einzelnen Vokale werden dabei durch einen Kennwert, der die Grundfrequenz angibt, und weitere Kennwerte, welche die Energieverteilung aller Ol>erwellen festlegen, gekennzeichnet. Die verständliche Sprache wird am Empfangsort durch Erzeugung der Grundschwingung mit Oberwellen und Filterung mit entsprechend eingestellten Filterkreisen gebildet.

Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß am Empfangsort besondere Mittel zur Erzeugung der Grundschwingung veränderlicher Frequenz erforderlich sind. Einem unbefugten Empfänger der ausgesandten Kennwerte ist es ferner möglich, mit geeigneten Apparaten verständliche Nachrichten aus den Kennwerten zu erzeugen, wodurch das Gesprächsgeheimnis nicht gewahrt bleibt.

Die Erfindung l>ezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung gesprochener Nachrichten durch veränderliche Kennwerte von Sprachschwingungen,

welche dem zeitlichen Energieverlauf der Sprachfrequenzbänder, in welche die Sprache vor der Übertragung zerlegt wird, entsprechen und welche in der Empfangseinrichtung durch Steuerung des Intensitätsverlaufs von den Frequenzbändern der Sendeeinrichtungen entsprechenden Frequenzbändern eine der ursprünglichen Sprache entsprechende Energieverteilung des Sprachspektrums bewirken. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sender ίο zum Empfänger übertragenen Kennwerte und die Grundschwingung der Sprache bei Vokalen bzw. ein bestimmtes Frequenzband der Sprache bei Konsonanten vor der Übertragung nach einem vereinbarten Schlüssel gegenseitig vertauscht und/oder nach einem vereinbarten Programm um wechselnde Beträge zeitlich verzögert werden, daß auf der Empfangsseite die gegenseitig vertauschten Signale wieder rückvertauscht werden und/oder ihre zeitliche Verzögerung durch nochmalige wechselnde 2,0 Verzögerung wieder rückgängig gemacht wird und daß im Empfänger aus der übertragenen Grundschwingung bei Vokalen bzw. aus dem übertragenen Frequenzband bei Konsonanten durch Frequenzvervielfachung ein das ganze Sprachfrequenzband umfassendes Frequenzgemisch gewonnen wird, welches in einzelne Sprachfrequenzbänder zerlegt wird, deren Frequenzbereich identisch ist dem. Frequenzbereich der im Sender gebildeten Frequenzbänder und deren Amplituden mittels den vom zeitlichen Energieverlauf abhängigen Kennwerten gesteuert werden. Dieses Verfahren zeichnet sich nicht nur dadurch aus, daß die Erzeugung der veränderlichen Grundschwingung auf der Empfangsseite erspart wird, sondern daß es auch für die Anwendung besonderer Mittel zur praktisch vollkommenen Vermeidung einer unbefugten Entzifferung bestens geeignet ist.

Beispiele der Erfindung werden an Hand der Fig. ι bis 6 näher erläutert.

Gemäß dem einpolig gezeichneten Schema Fig. 1 wird die Sprache r mit den Filtern F₁ bis F₈ in acht Frequenzbänder Y₁ bis r₈ zerlegt, deren Bandbreite nicht gleich zu sein braucht. Durch Gleichrichtung der einzelnen Frequenzbänder in den Gleichrichtern ,D₁ bis D₈ und Aussiebung der höheren Frequenzen in den Beruhigungskreisen B₁ bis B₈ entstehen die Kennwerte k_t bis k_a, welche die momentane mittlere Amplitude der einzelnen Frequenzbänder angeben. Die Grundfrequenz der Vokale ist meistens in den zugeführten Sprachschwingungen r nicht mehr enthalten. Sie läßt sich dagegen in einfacher Weise als Differenz der benachbarten Oberschwingungen feststellen. Zu diesem Zweck werden die Sprachschwingungen über einen nichtlinearen Kreis D₀ ü'bertragen, welcher in bekannter Weise die Differenzfrequenzen r₀ der zugefiührten Schwingungen bildet. Die tiefsten Differenzfrequenzen, die also mit der Grundfrequenz übereinstimmen, werden mit dem Tiefpaßfilter B₀ ausgesiebt und wie die übrigen Kennwerte zur Übertragung gebraucht. Falls es sich um Konsonanten handelt, die bekanntlich keine ausgeprägte Grundschwingung aufweisen, tritt auch am Ausgang von D₀ ein kontinuierliches Sdhwingungsgemisclh auf, aus dem durch Filterung in B₀ das Signal k₀ entsteht, welches in diesem Fall ein Schwingungsgemisch mit begrenzter Bandbreite darstellt.

Die in beschriebener Weise erzeugten veränderlichen Größen k₀ bis k₈ werden nun in solcher Weise einer Empfangseinrichtung zugeführt, daß jede dieser Größen dauernd zu dem dafür bestimmten Empfangsorgan gelangt. Die Einrichtung zur Wiedergewinnung der verständlichen Sprache ist beispielsweise gemäß Fig. 2 aufgebaut. Die Größe k₀ wird über den nichtlinearen Kreis O₁₀ übertragen. Wenn es sich bei k₀ um eine Sinusschwingung handelt, so entsteht am Ausgang von D₁₀ ein Schwingungsgemisch, dessen Komponenten Oberwellen von k₀ sind und die somit mit den Komponenten der ursprünglichen Vokale übereinstimmen. Wenn es sich dagegen bei k₀ um geräuschartige Schwingungsgemische begrenzter Bandbreite handelt, so entsteht am Ausgang von D₁₀ ein Schwingungsgemisdh mit kontinuierlicher Energieverteilung, welches sich über den ganzen Sprachfrequenzbereich erstreckt. Durch Filter E₁ bis E₈ wird dieses Schwingungsgemisch q wieder in beispielsweise acht Frequenzbänder zerlegt. Die Amplitude jedes Frequenzbandes wird dann mit Hilfe der Steuerkreise N₁ bis ./V₈ derart gesteuert, daß die mittlere Energie der einzelnen Bänder ^₁ bis S₈ mit der mittleren Energie der entsprechenden ursprünglichen Sprachfrequenzbänder T₁ bis r_a übereinstimmt. Durch Zusammenleitung von S₁ bis J₈ entsteht ein Schwingungsgemisch, dessen' spektrale Verteilung wenigstenis annähernd mit den ursprünglichen Sprachschwingungen übereinstimmt. Wenn es sich bei r um Vokale handelt, so stimmen zudem alle Komponenten von r und s überein. Obschon die wiedergewonnenen Schwingungen s keinesfalls mit der ursprünglichen Sprache r identisch sind, so genügen diese gemeinsamen Merkmale erfahrungsgemäß doch für eine einwandfreie Verständigung. Die Qualität der Übertragung wird um so besser, je mehr getrennte Kennwerte k gebildet und übertragen werden und je höhere Frequenzen der Kennwerte zur Übertragung kommen.

Sämtliche Kennwerte lassen sich durch Modulation ungleicher Hilfsträger über den gleichen Kanal L übertragen. Bei der Einrichtung (Fig. 3) werden die Hilfsfrequenzen g₀ bis g₈ in A erzeugt und in den Modulatoren M₀ bis Ai₈ mit den Kennwerten k₀ bis k₈ moduliert. Auf der Empfangsseite erfolgt die Trennung der modulierten Hilfsträger durdh die Filter H₀ bis H₈. Durch Demodulation der Träger in G₀ bis G₈ entstehen wieder die Kennwerte k₀ bis k_s, welche in den Beruhigungskreisen C₀ bis C₈ von höheren Störfrequenzen befreit und darauf wieder in der beschriebenen Weise zur Wiedergewinnung verständlicher Sprache benutzt werden. Es sind auch andere Modulationsverfahren bekannt, welche sich zur Übertragung der einzelnen Kennwerte über den gleichen Kanal verwenden lassen.

Die auf dem Übertragungskanal befindlichen Signalspannungen können durch bloßes Abhören

nicht verstanden werden. Eine besondere Voraussetzung für die Bildung verständlicher Sprache besteht darin, daß die dazu benutzten einzelnen Kennwerte nicht vertauscht oder zeitlich um ungleiche Beträge verschoben sind. Nur der befugte Empfänger, welcher die Zuordnung der einzelnen Kanäle kennt, ist somit in der Lage, die durch Kennwerte übertragenen Signale zu entziffern. Zur Erhöhung der Geheimhaltung können deshalb z. B. die einzelnen Kanäle senderseitig nach einem vereinbarten Schlüssel vertauscht werden, so daß beispielsweise der dem fünften Sprachfrequenzband entsprechende Kennwert über den dritten Kanal übertragen wird usw. Nur bei richtiger Rückvertauschung der Kennwerte auf der Empfangsseite entstehen wieder verständliche Meldungen. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 werden die Kanäle senderseitig mit der Permutiervorrichtung PS vertauscht und auf der Empfangsseite mit einer entsprechend eingestellten Per-

ao mutiervorrichtung PE wieder rückvertauscht. Zur weiteren Erhöhung der Geheimhaltung können die Vertauschungen in bestimmten Zeitabständen nach einem vereinbarten Programm gewechselt werden. Zu diesem Zweck sind die Antriebsmotoren RS und RE vorgesehen, welche durch bekannte Mittel synchronisiert werden. Die übrigen Bezeichnungen der Figur entsprechen denjenigen von Fig. 3.

Ein weiteres Mittel zur Erhöhung der Geheimhaltung besteht in der zeitlichen Verschachtelung der veränderlichen Kennwerte, indem dieselben nach vereinbartem Programm einer wechselnden Verzögerung unterworfen werden. Zu diesem Zweck können die mit den Kennwerten modulierten, Träger anstatt unmittelbar der Leitung L einer Speichervorrichtung V zugeführt und aus dieser Vorrichtung abwechselnd über verschiedene Entnahmestellen ungleicher Verzögerungszeit wieder entnommen werden. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Speicherung erfolgt dabei auf einem endlosen Stahlband, welches am Schreibkopf A'_o und den in verschiedenen Abständen vom Schreibkopf angeordneten Entnahme- oder Abtastköpfen A₁ bis K₅ vorbeibewegt wird, die jeweilige Löschung der aufgezeichneten Nachricht durch den Löschkopf A'. Die Reihenfolge der durch den Umschalter U erfolgenden Abtastungen kann durch die Wahl entsprechender Verbindungsstellen im Schlüsselfeld S eingestellt werden. Die einzelnen Kennwerte lassen sich natürlich auch nach einem stets wechselnden Programm zeitlich verschachteln. Die empfangseitige Rückvertauschung durch nochmalige wechselnde Verzögerung erfolgt durch eine gleichartige Speichervorrichtung, welche in umgekehrter Richtung durchlaufen wird.

Bei der Einrichtung nach Fig. 6 kommen die beiden l>eschriel>enen Verfahren zur Verschleierung der Kennwerte gleichzeitig zur Anwendung. Dabei ist nur die eine Seite der Übertragungseinrichtung dargestellt. Über eine erste Permutiervorrichtung P werden die Kennwerte mehreren Speichervorrichtungen W zugeführt, deren Speicherzeiten konstant, aber voneinander verschieden sind. Es sind dies beispielsweise rotierende Scheiben, auf deren Umfang die Schwingungen aufgezeichnet, nach bestimmten Zeiten abgenommen und durch nicht dargestellte Vorrichtungen nach jedem Umlauf wieder gelöscht werden. Nach nochmaliger Vertauschung mit der Permutiervorrichtung Q werden die Kennwerte, analog dem Vorgehen gemäß Fig. 4, in den Modulatoren M wieder den Hilfsträgern g zur Übertragung aufmoduliert und gelangen auf den gemeinsamen Übertragungskanal L. Da die hier dargestellten üblichen magnetischen Verzögerungseinrichtungen sich zur Speicherung von Gleichstromwerten nicht eignen, werden die Kennwerte k₀ bis k₈ in Form von modulierten Trägern aufgezeichnet, welche in den Modulatoren / durch Modulation eines Hilfsträgers h gewonnen werden.

In Abänderung der beschriebenen Durchführungsformen lassen sich noch zahlreiche andere Einrichtungen angeben, mit welchen die erfindungsgemäße Bildung von Kennwerten und ihre Verschleierung ermöglicht wird.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur geheimen Übertragung gesprochener Nachrichten durch veränderliche Kennwerte von Sprachschwingungen, welche dem zeitlichen Energieverlauf der Sprachfrequenzbänder, in welche die Sprache vor der Übertragung zerlegt wird, entsprechen, und welche in der Empfangseinrichtung durch Steuerung des Intensitätsverlaufes von den Frequenzbändern der Sendeeinrichtung entsprechenden Frequenzbändern eine der ursprünglichen Sprache entsprechende Energieverteilung des Sprachspektrums bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sender zum Empfänger übertragenen Kennwerte und die Grundschwingung der Sprache bei Vokalen bzw. ein bestimmtes Frequenzband der Sprache l>ei Konsonanten vor der Übertragung nach einem vereinbarten Schlüssel gegenseitig vertauscht und/oder nach einem vereinbarten Programm um wechselnde Beträge zeitlich verzögert werden, daß auf der Empfangsseite die gegenseitig vertauschten Signale wieder rückvertauscht werden und/oder ihre zeitliche Verzögerung durch nochmalige wechselnde Verzögerung wieder rück- no gängig gemacht wird und daß im Empfänger aus der übertragenen Grundschwingung bei Vokalen bzw. aus dem übertragenen Frequenzband l>ei Konsonanten durch Frequenzvervielfachung ein das ganze Sprachfrequenzband umfassendes "5 Frequenzgemisch gewonnen wird, welches in einzelne Sprachfrequenzbänder zerlegt wird, deren Frequenzbereich identisch ist dem Frequenzl >ereich der im Sender gebildeten Frequenzbänder und deren Amplituden mittels den vom zeitlichen Energieverlauf abhängigen Kennwerten gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kennwerte durch Modulation ungleicher Hilfsträger über den gleichen Kanal übertragen werden.

3· Verfahren nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertauschungen und Rückvertauschungen der Kennwerte nach einem vereinbarten Programm wechseln.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-« kennzeichnet, daß die einzelnen Kennwerte vor der Ülxirtragung nach einem stets wechselnden Programm zeitlich verschachtelt werden und daß diese Verschachtelungen auf der Empfangsseite rückgängig gemacht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kennwerte vor der Übertragung ül>er einePermutiervorridhtung mehreren Verzögerungs vorrichtungen konstanter ungleicher Speicherzeit zugeführt und nach diesen Verzögerungen nochmals permutiert werden.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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