FR2731857A1 - Procede d'embrouillage et de desembrouillage d'un signal vocal analogique, et systeme pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système pour rendre inintelligible un signal vocal avant de le transmettre par un canal radio classique, puis le rendre de nouveau intelligible après sa transmission. Un exemple de réalisation comporte un dispositif d'embrouillage et un dispositif de désembrouillage réalisant une permutation temporelle pseudo-aléatoire de segments du signal vocal, et une inversion spectrale pseudo-aléatoire de certains segments en complémentant à 1 le bit de signe de la valeur de deux échantillons consécutifs sur chaque paquet de quatre échantillons de ce signal, ce signal étant échantillonné à une fréquence élevée (11,2 KHz) pour obtenir une bonne qualité sonore. Un dispositif d'embrouillage ou un dispositif de désembrouillage comporte principalement: un filtre passe-bas (2, 2'); un codeur MIC (3, 3'); une porte OU EXCLUSIF (4, 4'); un registre à décalage (5, 5'); un décodeur MIC (6, 6'); un filtre passe-bas (7, 7'); une mémoire à accès aléatoire (15, 15'); un générateur d'un bit pseudo-aléatoire (14, 14'); et un générateur d'une adresse pseudo-aléatoire (16, 18). Application à la téléphonie et aux radiocommunications confidentielles, et à la télévision à péage.

Description

Procédé d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal
analogique, et système pour la mise en oeuvre de ce procédé
L'invention concerne les systèmes permettant d'embrouiller un signal vocal analogique, fourni par exemple par un poste téléphonique, pour le transmettre en toute confidentialité, et permettant de le désembrouiller après sa transmission, pour restituer, au moyen d'un second poste téléphonique, un signal vocal intelligible. I1 y a deux grands domaines d'applications pour ce type de système: les applications militaires et diplomatiques, pour lesquelles on recherche un degré de sécurité le plus élevé possible, ce qui nécessite des matériels complexes et coûteux; et des applications civiles, commerciales ou industrielles, concernant un public spécialisé pour lequel le coût du matériel doit être faible et la qualité de restitution sonore doit être très bonne.

Pour ces dernières applications, le but essentiel étant de rendre inintelligible le signal vocal transmis, la sécurité du chiffrement peut être faible. Par contre, la qualité de la restitution doit être bonne: par exemple, pour la télévision à péage il n'est pas possible de tolérer une distorsion du son ou un décalage sensible entre le son et l'image. D'autre part, ces systèmes d'embrouillage et de désembrouillage doivent restituer un signal dont la qualité soit relativement insensible aux perturbations apportées par la transmission: retard de synchronisation, largeur de bande limitée, bruit...

Deux types de systèmes sont connus, pour réaliser rembrouillage et le désembrouillage d'un signal analogique. Un premier type réalise un embrouillage fréquentiel consistant à découper le spectre du signal en plusieurs sous-bandes puis à inverser le spectre de certaines de ces sousbandes ou bien les permuter. Un deuxième type de système réalise un découpage temporel du signal vocal, en segments de durée fixée, et permute Pordre de ces segments. Ce second type de système rend le signal vocal inintelligible au prix d'un certain retard du signal, retard indispensable pour pouvoir réaliser des permutations de segments.

Dans: "Analog Voice Privacy with a Microprocessor", 1980
Carnahan Conference on Crime Countermeasures University of Kentucky
Lexington Kentucky, Sergei Udalov décrit un dispositif dembrouillage ou de désembrouillage mettant en oeuvre simultanément ces deux types de procédé pour améliorer la confidentialité. Ce dispositif comporte principalement, en série, un premier filtre passe-bas, un convertisseur analogique-numérique, un microprocesseur, un convertisseur numérique analogique, et un second filtre passe-bas. L'inversion spectrale est réalisée en changeant le signe de la valeur d'un échantillon sur deux du signal appliqué à rentrée du dispositif.Ce procédé inversion spectrale a pour inconvénient soit d'élargir la bande de fréquences nécessaire pour la transmission du signal embrouillé, soit de dégrader la qualité sonore du signal vocal restitué, selon la fréquence d'échantillonnage choisie. Le but de l'invention est de remédier à ces deux inconvénients par des moyens simples.

L'invention a pour objet un procédé d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal analogique, consistant en une inversion spectrale ne présentant pas ces inconvénients, et a aussi pour objet un système d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal analogique, pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Selon l'invention, un procédé d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal analogique, consistant à inverser le spectre du signal vocal analogique pour l'embrouiller puis à inverser une seconde fois pour le désembrouiller, est caractérisé en ce que pour inverser le spectre d'un signal analogique à embrouiller ou à désembrouiller, il consiste à::
- échantillonner le signal analogique à une fréquence f supérieure
e à deux fois la fréquence maximale composant le signal analogique;
- convertir la valeur de chaque échantillon en une valeur codée représentant sa valeur algébrique et qui est constituée d'un mot binaire comportant un bit de signe;
- inverser le bit de signe de la valeur codée de n échantillons consécutifs et alternativement ne pas inverser le bit de signe de la valeur codée des n échantillons suivants, n étant un nombre entier au moins égal à 2.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront à l'aide de la description suivante et des figures Paccompagnant:
- la figure 1 représente le spectre d'un signal vocal à embrouiller;
- les figures 2 et 3 représentent le spectre d'un signal vocal embrouillé en mettant en oeuvre le procédé connu, respectivement pour deux valeurs de fréquence d'échantillonnage;
- la figure 4 représente le spectre d'un signal vocal embrouillé en mettant en oeuvre le procédé selon rinvention ;
- la figure 5 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation du système selon l'invention;
- la figure 6 représente des chronogrammes illustrant le fonctionnement d'une partie de cet exemple de réalisation;
- les figures 7 et 8 représentent des schémas synoptiques plus détaillés de deux parties de cet exemple de réalisation;;
- la figure 9 représente un tableau illustrant le fonctionnement de ces deux parties.

Sur la figure 1, le spectre du signal vocal analogique à embrouiller, à transmettre, puis à désembrouiller, s'étale d'une fréquence minimale fl = 400 Hz à une fréquence maximale f2 = 2400 Hz.

La figure 2 représente le spectre du même signal vocal après qu'il ait été embrouillé par une inversion spectrale réalisée en mettant en oeuvre le procédé connu consistant à échantillonner le signal analogique à une fréquence fe à convertir la valeur de chaque échantillon en un mot binaire comportant un bit de signe, et à complémenter la valeur du bit de signe d'un échantillon sur deux. En ce qui concerne le spectre des fréquences ce procédé équivaut à moduler en amplitude une porteuse de
f fréquence 2 par le signal vocal. Le spectre obtenu comporte deux bandes f symétriques par rapport à une fréquence porteuse égale à 2e = 2800 Hz lorsque la fréquence d'échantillonnage est de 5600 Hz.

La bande inférieure du spectre est représentée en traits pleins et
f s'étend d'une fréquence minimale e f2 2 = 400 Hz à une fréquence maxi
f male 2e ~ fl = 2400 Hz. f La bande supérieure du spectre s'étend d'une 2 minimale e fréquence minimale 2 + l = 3200 Hz à une fréquence maximale
2e + f = 5200 Hz. La fréquence porteuse et la bande supérieure du
2 2 spectre sont éliminées par un filtre passe-bas pour ne laisser subsister que la partie inférieure du spectre qui occupe exactement la même bande de fréquences que le signal d'origine, mais qui a une forme inversée.

f f Pour que la bande de fréquences: e - 2 2e- f1 du spectre inversé soit exactement la même que la bande de fréquences f1 , f2 du spectre d'origine il faut et il suffit que les deux relations suivantes soient vérifiées
f
e
fl 2 f2
f 2 2 -
il faut donc: f e = 2(fl + f2)
Dans l'exemple numérique considéré il faut donc que la fréquence d'échantillonnage soit égale à 5,6 KHz; sinon le spectre du signal embrouillé occupera une bande passante différente de celle du signal d'origine. Une fréquence d'échantillonnage de 5,6 KHz est malheureusement trop basse pour permettre la restitution d'un signal vocal avec une bonne qualité sonore.

La figure 3 représente le spectre du même signal vocal, embrouillé en mettant en oeuvre le même procédé connu mais avec une fréquence d'échantillonnage f = 11,2 KHz, c'est-à-dire deux fois plus
e élevée que dans l'exemple précédent. La bande occupée par le signal vocal embrouillé s'étale de 3200 Hz à 5200 Hz. I1 apparaît clairement sur cet exemple qu'il n'est pas possible d'augmenter la fréquence d'échantillonnage sans modifier considérablement le canal de transmission utilisé, puisqu'il doit s'étendre au moins entre 3200 et 5200 Hz. Donc le procédé connu conduit soit à une médiocre qualité sonore du signal vocal restitué, soit à une modification du canal de transmission, ce qui est une complication importante en pratique.

Le procédé selon l'invention consiste à échantillonner le signal vocal analogique à une fréquence f e = 2n.(fl + f2), puis à inverser le signe de la valeur de n échantillons consécutifs et alternativement ne pas inverser le signe de la valeur des n échantillons suivants. Le nombre n est un nombre entier fixé et au moins égal à 2. En ce qui concerne le spectre de fréquences, ce procédé revient à moduler une fréquence porteuse de
f valeur e par le signal vocal.

La figure 4 représente le spectre du signal obtenu par ce procédé lorsque le signal dont le spectre est représenté sur la figure 1 subit un échantillonnage à la fréquence de 11,2 KHz, une numérisation, puis un changement de signe de la valeur de deux échantillons sur quatre. Le fe
spectre comporte une porteuse à la fréquence = 2800Hz, avec une 2n
fe fe bande latérale inférieure s'étendant de - f2 = 400 Hz à - f1 =
2n 2n 2400 Hz et une bande latérale supérieure s'étendant~de e + 1 = 3200 Hz à fe
+ f2 = 5200 Hz. Un filtrage passe-bas permet d'éliminer la fréquence 2n 2 porteuse et la bande latérale supérieure pour ne transmettre que la bande latérale inférieure dont le spectre est inversé par rapport au spectre du signal d'origine.

Le signal embrouillé est reconverti sous une forme analogique, puis transmis dans un canal radio classique s'étendant de 400 à 2400 Hz.

Le désembrouillage peut être réalisé par le même procédé car deux inversions de spectre successives redonnent le spectre d'origine. Le procédé d'inversion spectrale selon l'invention peut être combiné à d'autres procédés d'embrouillage tels que la permutation de segments temporels.La bande occupée par le signal embrouillé est la même que la bande occupée par le signal d'origine si la fréquence d'échantillonnage vérifie les relations suivantes:
f e -f
2n 2 - 1
fe et - f1 = f2
2n donc f e = 2n.(f1 + f2)
Le choix de n détermine donc le choix de la fréquence d'échantillonnage et détermine donc la qualité du signal sonore restitué. I1 est bien connu que pour obtenir un signal sonore restitué de bonne qualité, la fréquence d'échantillonnage f e doit être supérieure à 2 x f2 . Il est facile d'en déduire la valeur n. I1 est possible de prendre n égal à 3, 4, 5, etc.Le procédé consiste alors à inverser le signe de la valeur de trois premiers échantillons sur six, de quatre premiers échantillons sur huit, de cinq premiers échantillons sur dix, etc...

La figure 5 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation bun système d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal analogique pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce procédé d'inversion spectrale étant combiné au procédé de permutation temporelle de segments du signal vocal.

Cet exemple de réalisation comporte un dispositif d'embrouillage et un dispositif de désembrouillage reliés par une ligne de transmission 17, qui est par exemple une ligne téléphonique ou un canal radio. Le dispositif d'embrouillage comporte: deux filtres passe-bas 2 et 7 un codeur 3; une porte OU EXCLUSIF 4; un registre à décalage 5; un décodeur 6; un dispositif 9 de commande de lectureécriture; un dispositif de synchronisation 10 ; une base de temps 11 ; un circuit logique 12 ; un générateur 14 d'un bit pseudo-aléatoire; une mémoire vive 15; et un générateur 16 d'une adresse pseudo-aléatoire.

Un signal vocal analogique est appliqué à une borne d'entrée 1 qui est reliée à une entrée du filtre 2. Le filtre 2 ne transmet que la bande 400 Hz - 2400 Hz du signal vocal. La sortie du filtre 2 est reliée à une entrée du codeur 3 qui est un codeur à modulation d'impulsions codées (MIC), classique en téléphonie. I1 fournit, sous forme série, une valeur codée par huit bits pour chaque échantillon du signal vocal. Une sortie du codeur 3 est reliée à une entrée série du registre à décalage 5 par l'intermédiaire de la porte OU EXCLUSIF 4. Une deuxième entrée de la porte 4 est reliée à une sortie du circuit logique 12.

Une sortie série du registre 5 est reliée à une entrée du décodeur 6 qui est un décodeur de modulation à impulsions codées, classique en téléphonie. Une sortie du décodeur 6 est reliée à une borne de sortie 8 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 7 analogue au filtre 2.

Le registre à décalage 5 possède huit entrées-sorties parallèles reliées respectivement à huit entrées-sorties de données de la mémoire 15. La mémoire 15 est une mémoire à accès aléatoires, elle possède une entrée d'adresses reliée à une sortie du générateur 16, fournissant une adresse sous la forme d'un mot binaire de deux bits et d'un mot binaire de neuf bits, et possède une entrée de commande, pour la lecture et l'écriture, reliée à une sortie du dispositif 9 de commande de lectureécriture. Cette entrée commande aussi la fonction assurée par les huit entrées-sorties de la mémoire 15.

Le registre à décalage 5 possède deux entrées de commande respectivement reliées à deux sorties du dispositif 9 de commande de lecture-écriture, pour: commander le chargement d'un octet fourni par la mémoire 15, les entrées-sorties du registre 5 étant alors commutées pour remplir la fonction d'entrées; pour décaler les données contenues par le registre 5, de rentrée série à la sortie série; et pour fournir un octet à la mémoire 15, en commutant les entrées-sorties du registre 5 pour qu'elles remplissent la fonction de sorties. Une première eritrée du circuit logique 12 est reliée à une sortie du générateur 14 d'un bit pseudo-aléatoire. Une entrée du circuit de commande 9 est reliée à une sortie du générateur 16.

Le dispositif de synchronisation 10 est un dispositif classique permettant de synchroniser un dispositif d'embrouillage et un dispositif de désembrouillage en transmettant successivement deux tons à basse fré queue dont la transition constitue l'instant de synchronisation. Le dispositif 10 possède une entrée reliée à une sortie de la base de temps 11 et est couplé à la ligne de transmission 17 pour transmettre ces tons vers le dispositif de désembrouillage.

La base de temps Il fournit trois signaux d'horloge:
- un premier signal horloge, de fréquence Fg = 89,6 KHz correspondant au rythme des bits fournis en série par le codeur 3 pour chaque échantillon, est appliqué: à une entrée du codeur 3, à une entrée du circuit logique 12, à une entrée du décodeur 6 et à une entrée du dispositif de commande 9;
- un second signal horloge, de fréquence FE = 11,2 KHz correspondant à la fréquence d'échantillonnage du codeur 3, est appliqué : à une entrée de ce codeur 3, à une entrée du décodeur 6, à une entrée du circuit logique 12, et à une entrée du générateur 16 d'une adresse pseudoaléatoire et à une entrée du dispositif de commande 9;
- et un troisième signal horloge, de fréquence FS = 21,875 Hz correspondant à un segment de 512 échantillons, est appliqué à une entrée d'horloge du générateur 16 d'une adresse pseudo-aléatoire et à une entrée horloge du générateur 14 d'un bit pseudo-aléatoire.

Chaque segment comporte 512 échantillons, ce qui correspond à 128 paquets de quatre échantillons. Le générateur 14 fournit un signal constitué d'un bit pseudo-aléatoire P dont le rythme est égal à la fréquence F5 des segments du signal vocal. Le codeur 3 échantillonne le signal vocal à la fréquence FE et fournit les valeurs des échantillons sous la forme de huit bits successifs, le rythme des bits correspondant à la fréquence FB. Pour chaque échantillon le premier des huit bits traduit le signe, et les sept derniers bits traduisent la valeur absolue de l'échan- tillon. Le circuit logique 12 donne une valeur 1 au bit pseudoaléatoire P pendant la durée du bit de signe, pour deux premiers échantillons consécutifs de chaque paquet de quatre échantillons consécutifs.Pendant le reste du temps il fournit une valeur 0.

Si le bit pseudo-aléatoire fourni par le générateur 14 a pour valeur
P = 1, la porte 4 inverse la valeur du bit fourni par le codeur 3, c'est-àdire change le signe de la valeur de deux échantillons sur quatre pendant la durée d'un segment. Pendant cette durée le signal vocal subit ainsi une inversion de spectre. Dans cet exemple le générateur 14 recoit pour fréquence d'horloge la fréquence F5 correspondant à des segments temporels de durée 64 ms. Chaque inversion de spectre dure donc en principe 64 ms, mais il peut y avoir une succession de quelques bits ayant la même valeur, selon la suite des valeurs pseudo-aléatoires P.

La figure 6 représente des chronogrammes: du second et du premier signal d'horloge, notés FE et Fg; du signal P fourni par le générateur 14; du signal I fourni par la sortie du circuit logique 12; et du signal B fourni par la sortie de la porte 4. Ces chronogrammes correspondent à un peu plus de quatre périodes du second signal d'horloge, FE rythmant l'échantillonnage. Ces chronogrammes correspondent aux quatre derniers échantillons d'un segment qui subit une inversion de spectre. Dans cet exemple le signal P change de valeur à la fin du segment. Chacun des échantillons correspond à huit périodes du premier signal d'horloge, FB
Parmi ces huit périodes, la première correspond au premier bit de la valeur codée fournie en série par la sortie du codeur 3, c'est-à-dire le bit de signe.

Pendant la durée du bit de signe correspondant au premier et au second échantillon, le circuit logique 12 fournit un signal de valeur I constitué par la valeur P du bit pseudo-aléatoire, qui est égale à 1 dans cet exemple, alors que pendant la durée du bit de signe correspondant au troisième et au quatrième échantillon il ne la transmet pas et fournit un signal I de valeur nulle. La porte OU EXCLUSIF 4 transmet les valeurs successives du signal D sans les modifier quand I = 0 et en les complémen tant à 1, lorsque I = 1. Les bits complémentés à I sont hachurés, sur le chronogramme représentant les valeurs du signal D. Le signe de la valeur du premier et du second échantillon est inversé, alors que le signe du troisième et et quatrième échantillon est inchangé.

A la fin de la quatrième période du signal Fe la valeur P du bit pseudo-aléatoire passe à 0, la valeur du signal 1 reste 0 pendant la cinquième période, etc ... Le bit de signe n'est plus complémenté pendant toute la durée du segment suivant.

Le registre à décalage 5 reçoit des données qui sont à inscrire dans la mémoire 15 et restitue simultanément des données qui sont à transmettre au décodeur 6 pour reconstituer un signal analogique et le transmettre.

Pour transmettre au décodeur 6 huit bits constituant la valeur codée d'un échantillon, le dispositif 9 de commande de lectureecriture commande la lecture d'un octet dans la mémoire 15 à une adresse pseudoaléatoire fournie par le générateur 16; puis commande le transfert de cet octet dans le registre à décalage 5 par ses entrées-sorties parallèles; puis, il commande huit décalages des données du registre 5. Les données sortant par la sortie série du registre 5 sont converties en un signal analogique par le décodeur 6 et le filtre passe-bas 7, alors que les données fournies par la sortie de la porte 4 entrent simultanément par rentrée série du registre 5.

Après ces huit décalages le registre 5 contient donc une valeur codée nouvelle issue du codeur 3. Le dispositif de commande 9 commande alors une écriture de cette valeur codée dans la mémoire 15 à l'adresse fournie par le générateur 16, qui est l'adresse où a eu lieu la lecture précédente. Quand cette écriture est terminée le générateur 16 fournit une nouvelle adresse qui est constituée d'une même adresse de segment, mais où l'adresse d'octet est incrémentée d'une unité, afin de lire dans la mémoire 15 le prochain octet du segment en cours de transmission et d'écrire, à la même adresse, le prochain octet du segment en cours d'acquisition. Quand 512 octets correspondant à un même segment ont ainsi été stockés, le générateur 16 fournit une nouvelle adresse dans laquelle l'adresse de segment est modifiée pseudo-aléatoirement et dans laquelle l'adresse d'octet est remise à 0. Dans cet exemple, la mémoire 15 a une capacité de deux kiloctets permettant de faire des permutations sur quatre segments de 512 échantillons du signal vocal.

Le générateur 16 peut commander parfois une transmission directe d'un segment, sans aucun retard. I1 envoie alors un signal D au dispositif 9 pour inhiber L'opération de lecture et écriture dans la mémoire 15.

Le générateur 14 peut être constitué d'une manière classique par un registre à décalage et des portes logiques, l'entrée série du registre à décalage recevant un signal logique constitué par une combinaison logique des bits fournis par les sorties parallèles du registre à décalage. L'entrée d'horloge du registre à décalage reçoit le troisième signal d'horloge, au rythme Fs des segments. La réalisation du générateur 16 est décrite plus loin.

Les générateurs 14 et 16 sont initialisés lors de la mise sous tension, par deux mots binaires constituant des clés secrètes. Sous raction d'une commande d'un opérateur, le dispositif 10 envoie un signal de synchronisation au dispositif de désembrouillage, les générateurs 14 et 16 commencent à délivrer leurs suites pseudo-aléatoires respectives.

Le dispositif de désembrouillage relié à l'autre extrémité de la ligne de transmission 17, comporte pratiquement les mêmes éléments que le dispositif d'embrouillage, à l'exception d'un générateur 18 d'une adresse pseudo-aléatoire, et d'un dispositif de synchronisation 20 qui est destiné à détecter une transition entre deux tons de basse fréquence, alors que le dispositif de synchronisation 10 est destiné à émettre cette transition. Ce dispositif 20 est un dispositif classique de synchronisation d'un dispositif de désembrouillage, sa réalisation est donc à la portée de rhomme de
Part. I1 possède une entrée reliée à la borne d'entrée 1' et une sortie reliée à une entrée d'une base de temps 11'.

Les autres éléments du dispositif de désembrouillage sont strictement identiques aux éléments du dispositif d'embrouillage, mais certaines liaisons diffèrent afin de réaliser la permutation des segments avant l'inversion de spectre, de façon à réaliser ces opérations dans l'ordre inverse de rordre où elles sont réalisées pour l'embrouillage. Les éléments identiques portent le même numéro de référence, mais avec l'indice '. La sortie du codeur 3' est reliée directement à l'entrée série du registre à décalage 5', par contre la sortie série de celui-ci est reliée à une entrée du décodeur 6' par Pintermédiaire de la porte OU EXCLUSIF 4'.

Quand il reçoit un signal de synchronisation par la ligne 17, le dispositif de synchronisation 10' génère un signal d'initialisation qui synchronise les signaux d'horloge de la base de temps 11' avec ceux de la base de temps 11. Le générateur 18 d'une adresse 'pseudo-aléatoire et le générateur 14' d'un bit pseudo-aléatoire sont initialisés, lors de la synchronisation de la base de temps 11', au moyen des mêmes clés secrètes que les générateurs 14 et 16.Lorsque la base de temps 11' a été synchronisée par le dispositif 20, les générateurs 18 et 14' génèrent respectivement une suite d'adresses pour une mémoire 15' et une suite de bits pseudoaléatoires appliquée à une entrée d'une porte OU EXCLUSIF 4', suites qui sont synchrones avec la suite d'adresses pseudo-aléatoires et la suite de bits pseudo-aléatoires générées respectivement par les générateurs 16 et 14 du dispositif d'embrouillage.

La suite des valeurs pseudo-aléatoires fournie par le générateur 14' est identique à celle fournie par le générateur 14 mais est retardée d'une durée correspondant à huit segments. Par contre, les suites d'adresses de segment fournies par les générateurs 16 et 18 sont différentes et sont telles que les permutations temporelles de désembrouillage restituent l'ordre initial des valeurs des échantillons. Les suites des adresses d'octet sont déterministes, synchrones, et identiques pour les générateurs 16 et 18. Ces suites d'adresses d'octet peuvent être générées par des compteurs binaires à neuf étages, comptant les impulsions du second signal d'horloge, et étant initialisés par le troisième signal d'horloge.

Un dispositif 9' de commande de lecturegcriture commande le stockage dans la mémoire 15' des 512 octets successifs correspondant à chaque segment de parole, chaque octet étant stocké à l'emplacement d'un octet qui vient d'être transféré dans le registre à décalage 5'. Cet octet est transmis par la sortie série de registre 5', à la porte 4' pour complémenter à 1 éventuellement le bit de signe si celui-ci a déjà été complémenté à 1 lors de l'embrouillage. Les autres bits sont transmis sans complémentation à 1 par la porte 4', de la même façon qu'ils ont été transmis sans complémentation à 1 par la porte 4 du dispositif d'embrouillage.

Les générateurs 16 et 18 peuvent être constitués par des générateurs connus pour réaliser un embrouillage et un désembrouillage par permutation temporelle. Par exemple, Richard Charles FRENCH, dans "Speech scrambling and synchronization" qui est une thèse publiée par
Philips Research Reports Supplements 1973, décrit un procédé pour générer deux suites pseudaléatoires, permettant de commander des permutations d'embrouillage et des permutations réciproques de désembrouillage, permutations réalisées à l'intérieur d'une trame comportant un nombre fixé de segments, mais glissant par rapport à la suite des segments.

Le paramètre fondamental de ce procédé est la capacité des mémoires 15 et 15'. Dans cet exemple, le nombre des segments stockés est égal à 4.

La figure 7 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation d'un générateur 16 mettant en oeuvre ce procédé, pour générer la suite des adresses de segment. I1 comporte: un générateur 21 de trois bits pseudoaléatoires; un décodeur 22; une mémoire morte 23; un codeur 28 ; quatre compteurs 24 à 27 ; et un compteur 29.

Le générateur 21 peut être constitué classiquement d'un registre à décalage dont rentrée série est couplée à certaines sorties parallèles par des portes logiques, et dont rentrée d'horloge reçoit le troisième signal d'horloge, de fréquence F5. Trois sorties parallèles de ce registre constituent trois sorties du générateur 21, qui sont reliées respectivement à trois entrées du décodeur 22. Le décodeur 22 possède une première sortie reliée au dispositif 9 et quatre autres sorties reliées à quatre premières entrées d'adresses de la mémoire morte 23. Quatre autres entrées d'adresse de la mémoire morte 23 sont reliées respectivement à quatre sorties des quatre compteurs 24 à 27.

Quatre sorties de la mémoire morte 23 sont reliées respectivement à quatre entrées de commande des compteurs 24 à 27 et à quatre entrées du codeur 28. Une sortie multiple du codeur 28 fournit à la mémoire 15 un mot binaire de 2 bits constituant une adresse de segment.

Les compteurs 24 à 27 ont une entrée d'horloge recevant le troisième signal horloge, de fréquence F5, et une entrée de préchargement recevant 3 bits pour précharger la valeur 8.

Le compteur 29 est un compteur binaire à neuf étages, ayant une entrée d'horloge recevant le second signal d'horloge, de fréquence FE, et une entrée de remise à zéro, commandée par les fronts montants du troisième signal d'horloge, de fréquence Fs. Une sortie multiple du compteur 29 fournit à la mémoire 15 un mot binaire de 9 bits constituant une adresse d'octet. La suite des adresses d'octet est une suite déterministe allant de O à 511 pour chaque segment.

La suite des adresses de segment fournie par le générateur 16 n'est pas fournie directement par le simple générateur 21. Si c'était le cas, il arriverait parfois qu'un segment soit stocké très longtemps dans la mémoire 15, ce qui obligerait à faire attendre le dispositif de désembrouillage, car il ne doit pas commencer le désembrouillage sans disposer de tous les segments nécessaires pour reconstituer la suite initiale de segments. Mais, d'autre part, le dispositif de désembrouillage ne peut attendre au-delà de la durée correspondant au nombre de segments qu'il peut stocker, sous peine de perdre des informations. Une première étape du procédé consiste donc à limiter la durée de stockage de chaque segment dans la mémoire 15, à une valeur maximale correspondant à la capacité de la mémoire 15'. Cela revient à limiter la durée séparant deux valeurs identiques fournies par le générateur 16.Par contre, il n'y a pas restriction sur la durée de la valeur fournie par le générateur 16 et commandant une transmission directe, sans stockage dans la mémoire 15.

La mise en oeuvre de cette première étape est simple: il est prévu quatre compteurs 24 à 27 associés respectivement aux quatre adresses de segment de la mémoire 15, pour mesurer la durée de stockage à chaque adresse de segment et déclencher une lecture à cette adresse de segment et le stockage d'un nouveau segment dans celle-ci, lorsque la durée de stockage a atteint sa valeur maximale. Un compteur réalise alors ce qu'on pourrait appeler un "forçage" de la valeur fournie par le générateur 21 de 3 bits pseudo-aléatoires. Dans cet exemple, la durée maximale de stockage est égale à 8 périodes de segment.

Les 3 bits fournis par le générateur 21 constituent une valeur binaire qui est décodée par le décodeur 29. La valeur 000, par exemple, est traduite par un signal D commandant la transmission directe d'un segment. Les autres valeurs, 001 à 111 sont traduites par un mot binaire de deux bits désignant i > une des quatre adresses de segment. La valeur de ce mot binaire n'est pas transmise directement à la mémoire 15, la mémoire morte 23 et les compteurs 24 à 27 réalisant une opération de forçage dans le cas où elle est nécessaire. La mémoire morte 23 possède quatre sorties, chaque sortie correspondant à une adresse de segment.

L'adresse de segment restituée par la mémoire 23 est identique, à la forme de codage près, à l'adresse fournie par le générateur 21 s'il n'y a pas de forçage. Par contre, si le contenu de Pun des compteurs 24 à 27 passe par la valeur 0 sa sortie fournit un signal à cette mémoire 23 qui fournit alors l'adresse correspondant à ce compteur, au lieu de l'adresse fournie par le générateur 21.

Quand le contenu de l'un des compteurs 24 à 27 passe par la valeur 0, il est chargé de nouveau à la valeur 8 par le prochain front montant du troisième signal d'horloge, puis il est décrémenté au rythme de cette horloge, jusqu'à atteindre la valeur 0 ou bien jusqu'à ce que l'adresse de segment fournie par le générateur 21 corresponde au compteur considéré.

Dans le premier cas, la sortie du compteur dont le contenu passe par la valeur 0, fournit un signal à la mémoire 23 pour provoquer le forçage.

Dans le second cas, la sortie de la mémoire 23 qui est reliée à l'entrée de commande de chargement du compteur considéré fournit un signal de valeur 1 qui commande le chargement de la valeur 8 dans ce compteur. Ce compteur est ainsi initialisé pour mesurer la durée de stockage des nouvelles données qui sont stockées à cette adresse de segment.

Le codeur 28 code en un mot de 2 bits l'adresse qui est fournie par la mémoire 23 sous la forme de quatre bits. Lors de l'initialisation par un opérateur le générateur 21 est initialisé par une clé secrète. Les compteurs 24 à 27 sont initialisés par quatre valeurs différentes pour éviter que les contenus de plusieurs d'entre eux passent par la valeur 0 en même temps.

Dans cet exemple la durée maximale de stockage d'un segment dans la mémoire 15 est limitée à 8 périodes de segments, car les mémoires 15 et 15' ont une capacité correspondant à quatre segments.

D'une manière plus générale la durée maximale de stockage est égale à 2 N5 périodes de segment si NS est le nombre de segments stockables dans la mémoire du dispositif d'embrouillage ou dans celle du dispositif de désembrouillage. En effet, dans le dispositif de désembrouillage cette capacité permet de stocker les segments embrouillés pendant N5 périodes de segment, sans perdre d'informations, et, d'autre part, dans le dispositif d'embrouillage le premier segment embrouillé est restitué avec un retard de NS périodes de segment après l'acquisition du premier segment, car
Pinitialisation du dispositif d'embrouillage nécessite le remplissage de la mémoire 15 par les NS premiers segments acquis.Le retard total entre rentrée et la sortie du système est donc limité à 2 nus périodes de segment.

La figure 9 illustre le fonctionnement du générateur 16 pour embrouiller une suite de segments en clair, désignés par les n" 1, ..., 17.

Dans la moitié supérieure de ce tableau chaque point indique l'adresse de stockage dans la mémoire 15, ou indique une transmission directe, pour le segment désigné en tête de colonne. Dans la moitié inférieure de ce tableau chaque point indique l'adresse de stockage dans la mémoire 15', ou indique la restitution directe, du segment embrouillé désigné à la ligne intermédiaire. Pendant les quatre premières périodes correspondant à l'acquisition des segments n" 1, 2, 3, 4, le dispositif d'embrouillage ne fournit aucun segment embrouillé, ceux-ci sont donc retardés de quatre périodes.

Considérons par exemple le traitement du segment n 5: le générateur 16 fournit 1 comme valeur d'adresse de segment. Le segment I est donc stocké à cette adresse après lecture du contenu de cette adresse, qui est le segment 1. Le segment 5 reste stocké jusqu'à ce que le générateur 16 fournisse de nouveau la valeur 1. Le segment 9 qui est en cours d'acquisition, est alors stocké à la place du segment 5 à L'adresse 1 et le segment 5 est transmis. Le générateur 16 commande une transmission directe pour les segments 6, 7, et 12.

La figure 8 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation d'un générateur 18 d'adresses pseudo-aléatoires pour le désembrouillage, mettant en oeuvre le procédé décrit par Richard Charles
French. I1 comporte: un générateur 21' de trois bits pseudo-aléatoires; un décodeur 22'; une mémoire morte 23'; quatre compteurs 24' à 27'; un multiplexeur 30 ; quatre compteurs 31 à 34 ; un compteur 29'; un codeur 28'; et une porte OU 35. Les éléments qui sont identiques à ceux du générateur 16 portent la même référence numérique mais avec l'indice'.

Le générateur 21' de trois bits pseudo-aléatoires fournit une suite de valeurs identiques et synchrones à celles fournies par le générateur 21.

La mémoire morte 23' et le compteur 24' fonctionnent comme la mémoire morte 23 et le compteur 24, mais les valeurs fournies par cette mémoire 23 ne sont pas utilisées comme adresses de segment pour la mémoire 15' du dispositif de désembrouillage. Par contre, le compteur 29' fournit une suite de valeurs d'adresse d'octet, identique à celle fournie par le compteur 29.

Les compteurs 24' à 27' possèdent chacun une sortie multiple fournissant un mot de quatre bits et reliée à une entrée multiple du multiplexeur 30. Le multiplexeur 30 possède en outre une entrée multiple recevant un mot binaire de 4 bits, de valeur 8 ; quatre entrées de commande reliées respectivement aux quatre sorties de la mémoire morte 23' une entrée de commande reliée à la sortie du décodeur 22' quatre entrées de commande reliées chacune à une sortie d'un des compteurs 31 à 34.

Ces quatre sorties des compteurs 24' à 27' sont reliées aussi à quatre entrées de la porte OU 35. La sortie de celle-ci fournit un signal
D" au dispositif de commande de lecture et écriture 9'. Les quatre sorties des compteurs 31 à 34 sont en outre reliées respectivement à quatre entrées du codeur 28' et une sortie de ce dernier fournit un mot de deux bits, constituant une adresse de segment, à la mémoire 15'. Le troisième signal d'horloge, de fréquence FS , est appliqué à une entrée du générateur 21', à une entrée des compteurs 24' à 27', d'une entrée du compteur 29', et à une entrée des compteurs 31 à 34.

Le dispositif de désembrouillage doit remettre chaque segment à sa place, relativement aux autres. Tous les segments de signal vocal entrent dans le dispositif d'embrouillage et ressortent du dispositif de désembrouillage dans un même ordre, par conséquent chaque segment a subi un retard identique R au cours de ensemble de ce traitement. Ce retard est égal à la somme du retard RE dans le dispositif d'embrouillage et du retard RD dans le dispositif de désembrouillage: R = R E + RD.

Pour désembrouiller les segments il suffit de retarder chacun d'un retard RD tel que RD + R E = R. Le retard RE est égal à la durée de stockage du segment considéré dans la mémoire 15 du dispositif d'embrouillage. Les compteurs 24 à 27 sont prévus pour surveiller le temps de stockage des segments, le contenu de chacun d'eux est donc lié à la valeur
RE par une relation simple.

Le retard RE ne peut dépasser la valeur du retard constant R puisque R = R E + RD. Dans le cas limite, un segment est stocké pendant iN5 la durée 2.NS/FS permise par les compteurs 24 à 27, puis une opération de forçage de la valeur d'adresse provoque sa transmission. Dans le dispositif de désembrouillage, ce segment est restitué avec un minimum de retard 2.N5 c'est-à-dire sans le stocker en mémoire. Dans ce cas limite RE = F5 2.Ns et RD = O, il apparaît donc que la valeur R du retard constant est
Dans cet exemple 2 NS = 8.F5
Les compteurs 24 à 27 réalisant un décomptage à partir de 2.nu, il apparaît que leur contenu correspond à la différence entre R et RE c'est-à-dire au retard RD nécessaire pour remettre un segment à sa place.

Pour le désembrouillage, il est donc prévu un générateur 21', un décodeur 22' et des compteurs 24' à 27' identiques respectivement au générateur 21, au décodeur 22 et aux compteurs 24 à 27, pour déterminer la valeur de retard RD à appliquer à chaque segment. Ce retard est
RD réalisé en stockant le segment dans la mémoire 15' pendant un nombre F5 de périodes de segments. Ce nombre est chargé dans l'un des compteurs 31 à 34, puis est décompté au rythme FS des segments. Lorsque le contenu du compteur passe par la valeur 0 sa sortie fournit un signal logique au codeur 28' pour déclencher une lecture-écriture dans la mémoire 15' à l'adresse de segment associée à ce compteur. Chaque compteur 31 à 34 peut fournir un signal logique qui correspond à une adresse.Le codeur 28' fournit à la mémoire 15' une adresse de lectureécriture sous la forme d'un mot de 2 bits.

Le multiplexeur 30 permet d'aiguiller le contenu des compteurs 24' à 27' vers les entrées de données des compteurs 31 à 34 pour charger les valeurs RD. Une entrée supplémentaire du multiplexeur 30 reçoit la valeur 8 qui correspond au retard 2 NS à appliquer à tout segment qui a été transmis sans stockage par la mémoire 15. Un tel segment est signalé par un signal D', généré par le codeur 22' au même instant que le codeur 22 génère le signal D déclenchant la transmission directe de ce segment.

Ce signal D' est appliqué au multiplexeur 30 pour aiguiller la valeur 8 vers l'entrée de données d'un compteur dont le contenu vient de passer à la valeur 0.

Chaque fois que le contenu de l'un des compteurs 31 à 34 passe par la valeur 0, la sortie de ce compteur fournit un signal de commande au multiplexeur 30 pour aiguiller vers rentrée de données de celui-ci une valeur à charger, et celle-ci est chargée immédiatement.

Lorsqu'un segment a été transmis après un stockage d'une durée
RE égale à la durée maximale permise R, il doit être restitué sans retard par le dispositif de désembrouillage. Dans ce cas, l'un des compteurs 24' à 28' fournit un signal indiquant que son contenu passe par la valeur zéro car la durée du stockage dans la mémoire 15 a atteint 8 périodes de segment.

Ce signal, de valeur 1, est transmis par la porte OU 35 sous la forme d'un signal D" appliqué au dispositif de commande 9' pour inhiber toute lecturecriture dans la mémoire 15' pendant la prochaine période de segment. Ce segment est ainsi transmis directement par le registre 5'.

Les compteurs 31 à 34 sont initialisés, lors de la mise sous tension, avec des valeurs distinctes pour éviter qu'ils sélectionnent simultanément plusieurs adresses de segment.

La figure 4 illustre aussi le fonctionnement du dispositif de désembrouillage. Tous les segments sont restitués dans l'ordre initial avec un retard R égal à 8 périodes de segment. Par exemple, le segment n" 5 est stocké dans la mémoire 15' à l'adresse 1 puis est restitué après une durée de 4 périodes de segment, durée qui complète la durée de stockage dans la mémoire 15 pour que le retard total soit égal au retard constant
R = 8. Juste avant d'inscrire le segment 5 dans la mémoire 15', le segment 1 est lu à la même adresse et est restitué. Juste après avoir lu le segment 5 dans la mémoire 15', le segment 10 y est inscrit à la même adresse.

Le segment 6 qui a été transmis sans retard par le dispositif de désembrouillage est stocké pendant huit périodes dans la mémoire 15' à l'adresse 2. Le segment 9 qui a été stocké pendant huit périodes dans la mémoire 15, n'est pas stocké dans la mémoire 15'. Le générateur 18 commande une restitution directe de ce segment 9.

De nombreuses variantes du système selon l'invention, sont à la portée de l'homme de Part. I1 est possible de permuter l'ordre de rinversion de spectre et de la permutation des segments: il suffit, dans le dispositif d'embrouillage, de placer la porte 4 entre la sortie série du registre 5 et Pentrée du décodeur 6 et, dans le dispositif de désembrouillage, de placer la porte 4' entre la sortie du codeur 3' et rentrée série du registre à décalage 5', les autres éléments restant strictement identiques.

I1 est possible d'utiliser d'autres types de générateurs d'adresses pseudo-aléatoires 16 et 18, l'essentiel étant d'obtenir des permutations réciproques.

Enfin, il est possible de générer une suite d'adresses pseudoaléatoires et une suite de bits pseudo-aléatoires à l'aide d'un microprocesseur, associé à des mémoires et comportant un programme conforme au procédé décrit précédemment, dont la réalisation est à la portée de l'homme de l'art.

La durée des segments subissant une permutation temporelle peut être quelconque, par exemple de 20 à 100 ms, l'essentiel étant d'éviter des retards trop importants à la restitution du signal. La durée des intervalles de temps pendant lesquels une inversion de spectre est réalisée peut être égale à la durée des segments temporels, ou à un multiple de cette durée, ou être quelconque car la mise en oeuvre de ces deux procédés peut être complètement indépendante: dans l'exemple considéré la durée d'un segment temporel est égale à la durée d'un intervalle d'inversion de spectre pour simplifier la réalisation des signaux d'horloge, mais ce n'est pas du tout obligatoire.

La portée de l'invention ne se limite pas à cet exemple de réalisation. I1 est à la portée de Phomme de l'art d'adapter le système selon l'invention en fonction de la bande de fréquences occupée par le signal à embrouiller.

Le système selon l'invention peut être utilisé dans le domaine de la téléphonie ou des communications radio confidentielles, ou pour la télévision à péage, à condition de limiter le retard total à une valeur acceptable. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet d'obtenir une qualité sonore du signal désembrouillé, bien meilleure que celle obtenue avec les systèmes mettant en oeuvre le procédé connu, dans les applications où la bande de fréquences occupée par le signal embrouillé ne doit pas être différente de celle occupée par le signal d'origine.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal analogique, consistant à inverser le spectre du signal vocal analogique pour l'embrouiller puis à inverser une seconde fois pour le désembrouiller, caractérisé en ce que pour inverser ie spectre d'un signal analogique à embrouiller ou à désembrouiller, il consiste à::

- échantillonner le signal analogique à une fréquence f supérieure

e à deux fois la fréquence maximale composant le signal analogique;

- convertir la valeur de chaque échantillon en une valeur codée représentant sa valeur algébrique et qui est constituée d'un mot binaire comportant un bit de signe;

- inverser le bit de signe de la valeur codée de n échantillons consécutifs et alternativement ne pas inverser le bit de signe de la valeur codée des n échantillons suivants, n étant un nombre entier au moins égal à 2.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour que le signal embrouillé et le signal non embrouillé occupent une même bande de fréquences dont la fréquence minimale est 1 et dont la fréquence maximale est f2 , il consiste à échantillonner le signal dont le spectre est à inverser, à une fréquence f e = 2n.(fl + f2) > en choisissant la valeur de n de telle façon que f soit supérieure à 2 x f

e 2

3.Système d'embrouillage et de désembrouillage d'un signal vocal analogique, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un dispositif d'embrouillage relié à un dispositif de désembrouillage, le dispositif d'embrouillage et le dispositif de désembrouillage comportant chacun::

- des moyens (2, 3) pour échantillonner un signal analogique et fournir, pour chaque échantillon du signal, une valeur codée traduisant sa valeur algébrique et qui est constituée d'un mot binaire comportant un bit de signe;

- des moyens (14) pour générer un premier signal pseudo-aléatoire selon une première loi temporelle pseudo-aléatoire;

- des moyens (4, 12) d'inversion de spectre, commandés par le premier signal pseudo-aléatoire;

- des moyens (6, 7) pour décoder la valeur codée, selon un procédé inverse de son procédé de codage, et restituer un signal analogique;

caractérisé en ce que les moyens d'inversion de spectre (4, 12) comportent:

- des moyens (4) pour complémenter à 1 le bit de signe d'une valeur codée, commandés par un signal logique I;

- des moyens (12) pour générer un signal I dont la valeur binaire change alternativement pour chaque suite de n valeurs codées; n étant un nombre entier fixé au moins égal à 2.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'embrouillage et le dispositif de désembrouillage comportent en outre chacun:

- des moyens (16) pour générer un second signal pseudo-aléatoire selon une seconde loi temporelle pseudo-aléatoire;

- des moyens (5, 9, 15) de permutation temporelle, commandés par le second signal pseudo-aléatoire, pour permuter l'ordre de certains segments de signal vocal, constitués d'un nombre fixé de valeurs codées successives, le choix de ces segments étant fonction du second signal pseudo-aléatoire; les moyens (5, 9, 15) de permutation temporelle étant reliés en série, dans un ordre inverse pour le dispositif d'embrouillage et pour le dispositif de désembrouillage; et en ce que le second signal pseudo-aléatoire du dispositif de désembrouillage est une fonction du second signal pseudo-aléatoire du dispositif d'embrouillage, telle qu'il commande des permutations restaurant l'ordre initial des segments.

5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (14, 16) pour générer un premier et un second signal pseudoaléatoire, génèrent ces signaux au même rythme et en synchronisme.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (18) pour générer un second signal pseudo-aléatoire dans le dispositif de désembrouillage comportent des moyens (21' à 29') identiques aux moyens (21 à 29) pour générer un second signal pseudo-aléatoire dans le dispositif d'embrouillage, plus des moyens (30 à 34) pour: déterminer le retard de chaque segment, provoqué par les permutations dans le système d'embrouillage; en déduire un retard à appliquer à ce segment pour restaurer l'ordre initial des segments; en déduire un second signal pseudoaléatoire commandant une permutation réalisant ce retard.