JP2011097332A - Private transmitter and receiver device, private transmitting and receiving method, and private communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アナログ音声をデジタル信号に変換し、ビットスクランブル処理を行って秘話化する秘話送信装置及び秘話受信装置、秘話送信方法及び秘話受信方法、ならびに秘話通信装置に関する。 The present invention relates to a secret transmission device, a secret reception device, a secret transmission method, a secret reception method, and a secret communication device that convert analog speech into a digital signal and perform bit scramble processing to make it a secret story.
近年、インターネットなどのネットワークや携帯電話などの移動体通信網における音声通信の秘匿化に対する要求が高まりつつある。例えば、インターネットを介した音声通信の場合にはデジタル化された信号データがパケット単位でネットワーク上に伝送される。このときの暗号化技術としては、IPsec(Security Architecture for Internet Protocol)などが使用されるが、IPsecはネットワーク層でのプロトコルを暗号化するので上位層のアプリケーションが暗号化に対応していなくてもセキュリティの確保が可能となる利点がある反面、通信する二点間で厳密に一致させるべき数多くの通信設定を要するなど高度な専門知識が必要とされるという点で運用上の課題がある。 In recent years, there has been an increasing demand for voice communication concealment in networks such as the Internet and mobile communication networks such as mobile phones. For example, in the case of voice communication via the Internet, digitized signal data is transmitted on the network in packet units. As the encryption technology at this time, IPsec (Security Architecture for Internet Protocol) or the like is used. However, since IPsec encrypts the protocol in the network layer, even if the application in the upper layer does not support encryption. While there is an advantage that security can be ensured, there is an operational problem in that advanced technical knowledge is required, such as requiring a large number of communication settings to be strictly matched between two communicating points.
また、携帯電話においては、デジタル対応のいわゆる第三世代移動通信システムに移行後、音声通信に対する秘匿性は自然高まったといえるが、加入者全てが同じ方式の暗号方式を使用せざるを得ないという点で必ずしも万全のセキュリティ体制とはいえず、移動体通信インフラそれ自体が備える暗号化技術に加えて、音声帯域(概ね、200〜3200Hz)で利用可能なアナログ秘話技術を併用するとしても、従来の周波数反転技術や位相転移反転技術では最終的に人間が人間の発話(発声の抑揚が信号波としてみた場合に独特であり無音部分も多いという特徴を持つ)を予測しやすいというところから秘話解読装置の製作も比較的容易であり、秘話技術として必ずしも万全なものとはいえなかった。 Also, in mobile phones, the secrecy of voice communication has naturally increased after the shift to the so-called third-generation mobile communication system, but all subscribers are forced to use the same encryption method. However, it is not always a complete security system, and in addition to the encryption technology provided in the mobile communication infrastructure itself, analog secret technology that can be used in the voice band (generally 200 to 3200 Hz) is used together. The secret resolving of the secret story because it is easy to predict human utterances (the feature is that there are many silent parts when the inflection of the utterance is seen as a signal wave) in the frequency inversion technology and phase transition inversion technology of The device was relatively easy to manufacture, and it was not always perfect as a secret technology.
そこで、音声信号の情報量が多い帯域と少ない帯域とで周波数スペクトルの分割の幅を変えることができ、分割した帯域の両端部分において処理を施し易く、またプログラムの作成が容易な秘話音声信号発声装置及び秘話音声信号受信装置が提供されている(特許文献1)。 Therefore, it is possible to change the frequency spectrum division width between a band with a large amount of audio signal information and a band with a small amount of information, and it is easy to perform processing at both ends of the divided band and to create a program that can be easily created. An apparatus and a secret voice signal receiving apparatus are provided (Patent Document 1).
特許文献1の秘話音声信号発声装置は、音声信号を周波数スペクトルに変換し所定幅の帯域に分割するQMF(Quadrature Mirror Filter)を用いて音声信号に周波数軸上のスクランブルをかける秘話音声信号発生装置であって、入力されたキー番号のデータに基づいて、周波数軸上のスクランブルのかけ方を決定する暗号キー変換器と、前記音声信号を所定の帯域に分割するとともに、分割されたそれぞれの帯域の基底域信号をQMFにより得るQMF分析器と、該QMF分析器から出力されるそれぞれの帯域の基底域信号を、前記暗号キー変換器からの信号に基づいて入れ替えて出力する入れ替え器と、該入れ替え器からの信号を受けて、QMFにより合成して出力するQMF合成器とを備えたことを特徴としている。 The secret speech signal utterance device disclosed in Patent Document 1 is a secret speech signal generator that scrambles a speech signal on the frequency axis using a QMF (Quadrature Mirror Filter) that converts the speech signal into a frequency spectrum and divides it into a predetermined bandwidth. An encryption key converter that determines how to scramble on the frequency axis based on the input key number data, and the voice signal is divided into predetermined bands, and each of the divided bands A QMF analyzer that obtains a baseband signal of QMF, a baseband signal of each band output from the QMF analyzer based on a signal from the encryption key converter, A QMF synthesizer that receives a signal from the switcher, synthesizes it by QMF, and outputs the synthesized signal is provided.
また、特許文献1の秘話音声受信発声装置は、QMFを用いて音声信号に周波数軸上のスクランブルをかけた秘話音声信号を受信する秘話音声信号受信装置であって、音声信号にスクランブルをかけるときに用いられたキー番号に対応する入力されたキー番号のデータに基づいて、周波数軸上のスクランブルの解除の仕方を決定する暗号キー変換器と、前記秘話音声信号を受けて、該信号を所定の帯域に分割するとともに、分割されたそれぞれの帯域の基底域信号をQMFにより得るQMF分析器と、該QMF分析器から出力されるそれぞれの帯域の基底域信号を、前記暗号キー変換器からの信号に基づいて入れ替えて出力する入れ替え器と、該入れ替え器からの信号を受けて、QMFにより合成して実質的に前記音声信号を出力するQMF合成器とを備えたことを特徴としている。 Further, the secret speech receiving and speaking device disclosed in Patent Document 1 is a secret speech signal receiving device that receives a secret speech signal obtained by applying a scramble on the frequency axis to a speech signal using QMF, and scrambles the speech signal. An encryption key converter for determining how to cancel the scramble on the frequency axis based on the data of the input key number corresponding to the key number used for the key number, and receiving the secret speech signal, A QMF analyzer that obtains a divided baseband signal by QMF and a baseband signal of each band output from the QMF analyzer from the encryption key converter. A switcher that replaces and outputs the signal based on the signal, and a QMF that receives the signal from the switcher, synthesizes the signal by QMF, and substantially outputs the audio signal. It is characterized in that a formed unit.
このようにして、音声信号の情報量が多い帯域と少ない帯域とで周波数スペクトルの分割の間隔を変えることにより、情報量が多い帯域の分割数を多くし、少ない帯域の分割数を少なくして同じ分割数での秘話性を向上させたものである。 In this way, by changing the frequency spectrum division interval between the band with a large amount of information of the audio signal and the band with a small amount of information, the number of divisions of the band with a large amount of information is increased and the number of divisions of the small band is decreased. This is an improvement in secrecy with the same number of divisions.
しかしながら、従来の技術においても、周波数スペクトルの分割間隔を変えたとはいえ分割した周波数スペクトル全体に対してスクランブル処理をかけてFM変調するという意味ではたかだか二重の秘匿処理を施すに留まるもので、近年の秘話解読技術の進歩に照らせばまだ十分なレベルにあるとは言えなかった。 However, even in the conventional technique, although the frequency spectrum dividing interval is changed, the entire frequency spectrum divided is scrambled and FM-modulated in the sense that it is limited to double concealment processing. In light of recent advances in secret cryptanalysis technology, it was still not sufficient.
また、広い音声帯域をデジタル化してスクランブルすると通信経路内で音声データの欠落が起こり、そのような信号をデスクランブルしても、もとの音声が復元できなかった。
さらに、どんな複雑な暗号でも復号された音声がコンピュータ上にデータとして残ってしまえば、この復号された音声をハッキング等で盗まれる可能性があった。
Also, when a wide audio band is digitized and scrambled, audio data is lost in the communication path, and even when such a signal is descrambled, the original audio cannot be restored.
Furthermore, if the voice decoded by any complicated encryption remains as data on the computer, the decoded voice may be stolen by hacking or the like.
そこで、本発明は、音声帯域(概ね、200〜3200Hz)で利用可能なアナログ秘話技術と、演算処理系に負担をかけない低ビットの信号データに対するスクランブル処理と、同調が極めて困難な変調技術(SBB変調)とを多重的に駆使し、音声そのものを暗号化することにより、簡素な構成で格段の秘話性を実現することのできる秘話送信装置及び秘話受信装置、秘話送信方法及び秘話受信方法、ならびに秘話通信システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an analog secret technology that can be used in a voice band (generally 200 to 3200 Hz), a scramble process for low-bit signal data that does not impose a burden on the arithmetic processing system, and a modulation technology that is extremely difficult to tune ( A secret transmission device, a secret reception device, a secret transmission method, and a secret reception method, which can realize a remarkable secrecy with a simple configuration by making multiple use of SBB modulation) and encrypting the voice itself, An object of the present invention is to provide a secret communication system.
本発明にかかる秘話送信装置は、アナログ音声信号を帯域別に分割する帯域分割フィルタと、前記帯域分割フィルタによって帯域別に分割された複数の信号をそれぞれデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、前記D/Aコンバータによって変換された各デジタル信号をスクランブル処理するスクランブル処理回路と、前記スクランブル処理回路によってスクランブル処理された各デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、前記D/Aコンバータによって変換された各アナログ信号を所定振幅の搬送波を基準とした単側波帯波としてSSB変調して送信するためのSSB変調回路とを備えたことを特徴とする。 The secret transmission apparatus according to the present invention includes a band division filter that divides an analog audio signal into bands, an A / D converter that converts a plurality of signals divided into bands by the band division filter into digital signals, and the D A scramble processing circuit that scrambles each digital signal converted by the A / A converter, a D / A converter that converts each digital signal scrambled by the scramble processing circuit to an analog signal, and a conversion performed by the D / A converter And an SSB modulation circuit for performing SSB modulation and transmitting each analog signal as a single sideband with a carrier wave having a predetermined amplitude as a reference.
また、本発明にかかる秘話受信装置は、帯域別に単側波帯変調された複数の受信波を各アナログ信号に復調するためのSSB復調回路と、前記復調された各アナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、前記A/Dコンバータによって変換された各デジタル信号をスクランブル解除するスクランブル解除回路と、前記スクランブル解除回路によってスクランブル解除された各デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、前記D/Aコンバータによって変換された各アナログ信号を加算する加算器とを備えたことを特徴とする。 The secret receiver according to the present invention includes an SSB demodulator for demodulating a plurality of received waves, which are single sideband modulated for each band, into analog signals, and converting the demodulated analog signals into digital signals. A / D converter, a descrambling circuit for descrambling each digital signal converted by the A / D converter, and a D / A converter for converting each digital signal descrambled by the descrambling circuit to an analog signal And an adder for adding the analog signals converted by the D / A converter.
また、本発明にかかる秘話通信装置は、アナログ音声信号を帯域別に分割する帯域分割フィルタと、前記帯域分割フィルタによって帯域別に分割された複数の信号をそれぞれデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、前記D/Aコンバータによって変換された各デジタル信号をスクランブル処理するスクランブル処理回路と、前記スクランブル処理回路によってスクランブル処理された各デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、前記D/Aコンバータによって変換された各アナログ信号を所定振幅の搬送波を基準とした単側波帯波としてSSB変調して送信するためのSSB変調回路とを備えた秘話送信装置と、
帯域別に単側波帯変調された複数の受信波を各アナログ信号に復調するためのSSB復調回路と、前記復調された各アナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、前記A/Dコンバータによって変換された各デジタル信号をスクランブル解除するスクランブル解除回路と、前記スクランブル解除回路によってスクランブル解除された各デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、前記D/Aコンバータによって変換された各アナログ信号を加算する加算器とを備えた秘話受信装置と
で構成されたことを特徴とする。
In addition, the secret communication device according to the present invention includes a band division filter that divides an analog audio signal into bands, an A / D converter that converts a plurality of signals divided by the band by the band division filter into digital signals, and A scramble processing circuit that scrambles each digital signal converted by the D / A converter, a D / A converter that converts each digital signal scrambled by the scramble processing circuit into an analog signal, and the D / A converter An SSB modulation circuit for SSB-modulating and transmitting each analog signal converted by SSB as a single sideband with a carrier wave having a predetermined amplitude as a reference;
An SSB demodulating circuit for demodulating a plurality of received waves that are single-sideband modulated for each band into analog signals, an A / D converter for converting the demodulated analog signals into digital signals, and the A / D A descrambling circuit for descrambling each digital signal converted by the converter, a D / A converter for converting each digital signal descrambled by the descrambling circuit to an analog signal, and a signal converted by the D / A converter The apparatus is characterized in that it is composed of a secret message receiving device provided with an adder for adding each analog signal.
本発明にかかる秘話送受信装置は、次の効果を奏する。
(1)わずか数kHzしかない音声帯域中に複数のキャリア周波数をもったSSBを通すことにより、それぞれの送信波に同調することが極めて困難な、高い秘話性を備えた送受信装置を提供することができる。
(2)複数に分割した音声帯域ごとにビットスクランブル処理ないし暗号化処理を行うので、例えば帯域ごとに別々のキーを用いれば解読が一層困難となり、秘話性がさらに向上する。
(3)処理対象となる周波数帯域は、人間の話声を想定した数kHz程度の帯域であるため、上述したように秘話性を格段に向上させるという特徴を発揮するものであるにもかかわらず、装置の構成及び処理系は簡素である。
(4)本発明にかかる装置の構成は、ネットワークの特定の層(例えば、IP層)、移動体通信網のインフラに制限されず、ユーザ間での個別のスクランブルキー及びキャリア周波数の取り決めが可能となるなど利便性が高い。
The secret talk transmitting / receiving device according to the present invention has the following effects.
(1) To provide a transmission / reception apparatus with high confidentiality that is extremely difficult to tune to each transmission wave by passing SSBs having a plurality of carrier frequencies through a voice band of only a few kHz. Can do.
(2) Since bit scramble processing or encryption processing is performed for each divided voice band, for example, if separate keys are used for each band, decryption becomes more difficult, and the secrecy is further improved.
(3) Since the frequency band to be processed is a band of about several kHz assuming a human voice, it has the feature of significantly improving the secrecy as described above. The configuration of the apparatus and the processing system are simple.
(4) The configuration of the device according to the present invention is not limited to a specific layer (for example, IP layer) of the network and the infrastructure of the mobile communication network, and individual scramble keys and carrier frequencies can be agreed between users. The convenience is high.
以下、本発明にかかる秘話送受信装置を実施するための形態等について詳述する。 Hereinafter, the form etc. for implementing the secret transmission / reception apparatus concerning this invention are explained in full detail.
図1に、本発明にかかる秘話送受信装置の一実施形態を示す。秘話送受信装置(秘話通信装置)100は、ケーブル190を介して携帯電話110の音声入出力端子112から送信される音声信号を受信し、後述する処理のあと、ケーブル191を介して音声出力信号をヘッドホン120の音声入力端子(不図示)へ送信する。また、ヘッドホン120に付属しているマイク121から拾った話者の発話音声をヘッドホン120の音声出力端子(不図示)からケーブル192を介して受信し、後述する処理のあと、ケーブル193を介して携帯電話110の音声入出力端子112へ送信する。
FIG. 1 shows an embodiment of a secret transmission / reception apparatus according to the present invention. The secret message transmission / reception device (secret message communication device) 100 receives a voice signal transmitted from the voice input /
ヘッドホン120は、図示しない入出力ケーブルを介して携帯電話の音声入出力端子112に直接接続して使用することもできる汎用品である。この場合、携帯電話が受信する通信相手の発話は入出力端子112からケーブルを介してヘッドホン120に伝わり、ヘッドホン120を装着している話者の発話はマイク121及びケーブルを介して携帯電話の音声入出力端子112へ送信されるので、ヘッドホン120を装着している話者は、いわゆるハンズフリーの状態で通信相手と会話をすることができるようになっている。なお、携帯電話110も音声入出力端子を備えたものであればどのような機種であっても差し支えない。
The
したがって、本発明にかかる秘話送受信装置(秘話通信装置)100は、ヘッドホン120を装着した話者に対しては、発話として聞き取れるアナログ音声を入出力するものであり、携帯電話110に対しては、発話として聞き取れない秘話化されたアナログ音声を出入力するものである。かかる実施形態において容易に理解できるように、本発明にかかる秘話通信装置は、発話音声帯域におけるアナログ音声をそれぞれ入出力するものであるので特定の通信インフラに制限されることがなく、その使用形態は広範である。
Therefore, the secret transmission / reception device (secret communication device) 100 according to the present invention inputs / outputs analog speech that can be heard as an utterance to a speaker wearing the
次に、図2に基づいて本発明の一実施形態にかかる秘話送受信装置における音声処理の技術概念について説明する。すでに述べたとおり、本発明にかかる秘話受信装置は、概ね200〜3200Hzの発話音声帯域を処理の対象としており、そのスペクトラム(模式図)を図2(a)に示す。本発明においては、かかる音声スペクトラムを複数の帯域に分割して処理する。一例として、図2(b)に示すように、200〜400Hz(帯域A)、400〜800Hz(帯域B)、800〜1600Hz(帯域C)、及び1600〜3200Hz(帯域D)に4分割することができる。本実施形態では説明の便宜上この4分割方式に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、3分割ないし5分割あるいはそれ以外の分割数としてもよい。 Next, based on FIG. 2, the technical concept of the audio processing in the secret transmission / reception apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. As described above, the secret message receiving apparatus according to the present invention is generally subject to processing of a speech voice band of 200 to 3200 Hz, and its spectrum (schematic diagram) is shown in FIG. In the present invention, the audio spectrum is divided into a plurality of bands for processing. As an example, as shown in FIG. 2 (b), it is divided into four parts at 200 to 400 Hz (band A), 400 to 800 Hz (band B), 800 to 1600 Hz (band C), and 1600 to 3200 Hz (band D). Can do. In the present embodiment, description will be made based on this four-division method for convenience of explanation, but the present invention is not limited to this, and may be divided into three or five divisions or other division numbers.
そして、本発明における音声処理の特徴のひとつは、図2(b)に示した4分割された音声帯域の各々に対してSSB変調処理を行うことである。例えば、図2(c)に示すように、4分割された帯域のそれぞれに対して、200〜400Hzの帯域Aについては600Hzの搬送波を使ってSSB変調を行い、400〜800Hzの帯域Bについては1200Hzの搬送波を使ってSSB変調を行い、800〜1600Hzの帯域Cについては2400Hzの搬送波を使ってSSB変調を行い、1600〜3200Hzの帯域Dについては4800Hzの搬送波を使ってSSB変調を行う。 One of the features of the audio processing in the present invention is that the SSB modulation processing is performed on each of the four divided audio bands shown in FIG. For example, as shown in FIG. 2 (c), for each of the four divided bands, SSB modulation is performed using a carrier wave of 600 Hz for the band A of 200 to 400 Hz, and for the band B of 400 to 800 Hz. SSB modulation is performed using a carrier wave of 1200 Hz, SSB modulation is performed using a carrier wave of 2400 Hz for a band C of 800 to 1600 Hz, and SSB modulation is performed using a carrier wave of 4800 Hz for a band D of 1600 to 3200 Hz.
本発明の性質上これに限定されるものではないが、このときSSB変調を行う際に基準となる周波数(キャリア周波数)は、それぞれ
200〜 400Hz帯に対しては、およそ[ 600Hz]
400〜 800Hz帯に対しては、およそ「1200Hz」
800〜1600Hz帯に対しては、およそ「2400Hz」
1600〜3200Hz帯に対しては、およそ「4800Hz」
程度のものが使用される。また、対象とされるそれぞれの帯域に近接するキャリア周波数を使用することも特徴となっている(一般式でいうと、A1〜B1[Hz]帯に対するキャリア周波数は概ねA1+B1[Hz]程度。さらに、A1〜B1と、その次に対象となる帯域A2〜B2との関係は、A2=2A1,B2=2A2となる)。このため、対象帯域をシャープに切り出すために時間遅延が問題にならない程度に多段フィルタ構成(DSPでデジタル処理することも可能)とすることが望ましい。
Although not limited to this due to the nature of the present invention, the reference frequency (carrier frequency) for performing SSB modulation is approximately [600 Hz] for the 200 to 400 Hz band, respectively.
For the 400-800Hz band, approximately "1200Hz"
For the 800-1600Hz band, approximately "2400Hz"
For the 1600-3200Hz band, approximately "4800Hz"
Something is used. In addition, it is also characterized by using a carrier frequency close to each target band (in general terms, the carrier frequency for the A 1 to B 1 [Hz] band is approximately A 1 + B 1 [ Hz], and the relationship between A 1 to B 1 and the next target bands A 2 to B 2 is A 2 = 2A 1 and B 2 = 2A 2 ). For this reason, in order to cut out the target band sharply, it is desirable to have a multi-stage filter configuration (digital processing with a DSP is also possible) so that time delay does not become a problem.
換言すると、わずか数kHzしかない音声帯域の中に複数のキャリア周波数をもったSSBを適用することにより秘話性を向上させたことが本発明の特徴とも言える。 In other words, it can be said that the secrecy is improved by applying SSB having a plurality of carrier frequencies in a voice band having only a few kHz.
なお、SSBとは、抑圧搬送波単側波帯(及びその変調方式)のことをいい、振幅振幅変調において搬送波、片方の側波帯を抑圧する方式である。図9に基づき、その具体的な技術概念について説明する。まず、図9(a)に振幅変調におけるスペクトラム(模式図)を示すが、図9(a)では、一般のAMラジオモノラル放送のように搬送波の信号レベルをそのまま伝送するため、搬送波で50%、及び両側波帯(上側波帯:USB、下側波帯:LSB)においてそれぞれ25%ずつ電力を必要としている。これに対して、図9(b)に抑圧搬送波両側波帯(DSB)の伝送スペクトラムを示す。DSBでは搬送波をキャンセルするため、両側波帯のみの伝送ですみ、送信電力については振幅変調に比べて2分の1で済む。さらに、図9(c)に抑圧搬送波単側波帯(SSB)の伝送スペクトラムを示すが、SSBでは、DSBにおいて両側波帯を使用していたものを上側波帯もしくは下側波帯のいずれかを使用することとしたため、DSBに対して半分の電力で済むことになる。以上のとおり、同一のベースバンド情報の伝送を前提とした場合、SSBは振幅変調波に対して占有周波数帯域について2分の1、高周波電力について4分の1で済むという特徴を有する。 Note that SSB refers to a suppressed carrier single sideband (and its modulation scheme), and is a scheme for suppressing a carrier and one sideband in amplitude-amplitude modulation. The specific technical concept will be described with reference to FIG. First, FIG. 9A shows a spectrum (schematic diagram) in amplitude modulation. In FIG. 9A, since the signal level of the carrier wave is transmitted as it is as in general AM radio monaural broadcasting, the carrier wave is 50%. , And both sidebands (upper sideband: USB, lower sideband: LSB) each require 25% power. On the other hand, FIG. 9B shows a transmission spectrum of a suppressed carrier double sideband (DSB). Since DSB cancels the carrier wave, only transmission in both sidebands is required, and the transmission power is only half that of amplitude modulation. Further, FIG. 9 (c) shows a transmission spectrum of a suppressed carrier single sideband (SSB). In SSB, either one of the upper sideband or the lower sideband is used in the DSB. Therefore, half the power is required for the DSB. As described above, when transmission of the same baseband information is assumed, the SSB has a characteristic that only half of the occupied frequency band and one quarter of the high-frequency power are required for the amplitude-modulated wave.
図3に、本発明の一実施形態にかかる秘話送受信装置の構成例を示す。上述のとおり、本発明の実施例では、発話帯域(概ね200〜3200Hz)を4分割した場合を一例としているので、図3においても4帯域に分割した場合の構成となっている。あくまでもこの構成は本発明を実施するための一例であり、分割すべき帯域及び分割数がこれに制限されるものではない。秘話送受信装置100は、大別すると携帯電話110からケーブルを介して送信される秘話音声(伝送波)を復調する秘話音声復調モジュール101と、ヘッドホン120の付属マイク121から入力される発話者の音声を秘話音声に変調する秘話音声変調モジュール102とで構成される。
FIG. 3 shows a configuration example of the secret transmission / reception apparatus according to an embodiment of the present invention. As described above, in the embodiment of the present invention, the case where the speech band (approximately 200 to 3200 Hz) is divided into four is taken as an example, and therefore, the configuration in FIG. 3 is also divided into four bands. This configuration is merely an example for carrying out the present invention, and the band to be divided and the number of divisions are not limited thereto. The secret transmission /
秘話音声復調モジュール101は、例えば携帯電話110からケーブルを介して送信される伝送波(後述する変調モジュール102などによって秘話音声となっている)を分割帯域ごと(図3の例では、200〜400Hz、400〜800Hz、800〜1600Hz、1600〜3200Hzの4帯域)に搬送波(キャリア)にのせるためのキャリア発生回路301と、キャリアに搬送された伝送波の分割された各帯域に対してSSB復調処理を行うためのSSB復調回路302a〜302dと、SSB復調された伝送波に対して分割帯域ごとに例えば4bitのA/Dサンプリングを行った場合、4ビットA/Dサンプラ回路303a〜303dと、サンプラ回路303a〜303dによって4ビットのデジタル信号列となった帯域ごとの信号に対してスクランブル解除処理(復号処理)を行うスクランブル解除回路(復号処理回路)304a〜304dと、スクランブル解除回路(復号処理回路)304a〜304dによってスクランブル解除された信号を帯域ごとにD/A変換するD/Aコンバータ305a〜305dと、D/Aコンバータ305a〜305dから出力された帯域ごとの信号を加算する加算器306とから構成されている。加算器306で加算された信号は、人間が容易に聞き取れる話声となって例えばヘッドホン120に送り出される。
The secret
ここで、帯域ごとに設けられたSSB復調回路302a〜302d、4ビットA/Dサンプラ回路303a〜303d、スクランブル解除回路(復号処理回路)304a〜304d、及びD/Aコンバータ305a〜305dの動作タイミングについて説明する。本実施例では、帯域は200〜400Hz、400〜800Hz、800〜1600Hz、1600〜3200Hzの4帯域に分けられているので、200〜400Hzの帯域を処理するSSB復調回路302a、4ビットA/Dサンプラ回路303a、スクランブル解除回路(復号処理回路)304a、及びD/Aコンバータ305aの動作サイクルを1とすると、同じ周期において、400〜800Hzの帯域を処理するSSB復調回路302b、4ビットA/Dサンプラ回路303b、スクランブル解除回路(復号処理回路)304b、及びD/Aコンバータ305bの動作サイクルは2となる(2倍のサイクルで動作する)。同様に、800〜1600Hzの帯域を処理するSSB復調回路302c、4ビットA/Dサンプラ回路303c、スクランブル解除回路(復号処理回路)304c、及びD/Aコンバータ305cは4倍のサイクルで動作し、1600〜3200Hzの帯域を処理するSSB復調回路302d、4ビットA/Dサンプラ回路303d、スクランブル解除回路(復号処理回路)304d、及びD/Aコンバータ305dは8倍のサイクルで動作することとなる。
Here, operation timings of SSB demodulation circuits 302a to 302d provided for each band, 4-bit A /
秘話音声変調モジュール102は、例えばマイク121から入力されケーブルを介して送信された発話音声を帯域ごと(図3の例では、200〜400Hz、400〜800Hz、800〜1600Hz、1600〜3200Hzの4帯域)に分割するためのデジタルフィルタ307a〜307dと、帯域ごとに分割された音声信号に対して4bitのA/Dサンプリングを行うための4ビットA/D量子化回路308a〜308dと、量子化回路308a〜308dによって4ビットのデジタル信号列となった帯域ごとの信号に対してスクランブル処理(暗号処理)を行うスクランブル処理回路(暗号処理回路)309a〜309dと、スクランブル処理回路(暗号処理回路)309a〜309dによってスクランブル処理された信号を帯域ごとにD/A変換するD/Aコンバータ310a〜310dと、D/Aコンバータ310a〜310dから出力された帯域ごとの信号に対し、それぞれを帯域ごとの搬送波(キャリア)にのせるためのキャリア発生回路301と、キャリアに搬送された各帯域に対してSSB変調処理を行うためのSSB変調回路311a〜311dと、SSB変調回路311a〜311dから出力された帯域ごとの信号を加算する加算器312とから構成されている。
The secret speech modulation module 102, for example, uttered speech input from the
なお、帯域ごとに設けられたデジタルフィルタ307a〜307d、4ビットA/D量子化回路308a〜308d、スクランブル処理回路309a〜309d、D/Aコンバータ310a〜310d、SSB変調回路311a〜311dの動作タイミングについては、秘話音声復調モジュール101の場合と同様に、200〜400Hz帯を処理するものの動作サイクルが1となる周期において、400〜800Hz帯を処理するものは2倍、800〜1600Hz帯を処理するものは4倍、1600〜3200Hz帯を処理するものは8倍でそれぞれ動作することとなる。
Operation timings of
図4に、本発明の他の実施形態にかかる秘話送受信装置の構成例を示す。実施例1では帯域分割数は4であり、本発明が想定するモジュール回路を全て備えた場合を説明した。実施例2においては、帯域分割の数に限定されることのない構成例を示す。また、必ずしも実施例1において説明したモジュール回路の全てを備えていなくとも本発明が機能しうることを説明する。 FIG. 4 shows a configuration example of the secret transmission / reception apparatus according to another embodiment of the present invention. In the first embodiment, the number of band divisions is 4, and the case where all the module circuits assumed by the present invention are provided has been described. The second embodiment shows a configuration example that is not limited to the number of band divisions. Further, it will be described that the present invention can function without necessarily providing all of the module circuits described in the first embodiment.
秘話送受信装置400は、例えば携帯電話110からケーブルを介して送信される伝送波(秘話音声)を複数の分割帯域ごとにSSB復調処理を行うためのSSB復調回路401とSSB復調された伝送波に対して分割帯域ごとに複数ビットのA/D変換を行うためのA/D変換回路402とA/D変換回路402によって複数ビットのデジタル信号列となった帯域ごとの信号を帯域合成する帯域合成回路403と帯域合成回路403の出力に対してD/A変換してヘッドホン120やスピーカ(不図示)へ送信するD/A変換回路404とからなる秘話音声復調モジュールと、例えばマイク121から入力されケーブルを介して送信された発話音声を複数の帯域ごとに分割するための帯域分割回路405と帯域ごとに分割された音声信号に対して複数ビットのA/Dサンプリングを行うためのA/D変換回路406とA/D変換回路406によって複数ビットのデジタル信号列となった帯域ごとの信号に対してD/A変換するD/A変換回路407とD/A変換回路407から出力された帯域ごとの信号に対しSSB変調処理を行うためのSSB変調回路408とからなる秘話音声変調モジュールと、からなる。
The secret message transmitting / receiving
なお、SSB復調回路401、A/D変換回路402、A/D変換回路406、D/A変換回路407、及びSSB変調回路408は、帯域ごとに分離され各帯域の整合性がとれるように動作することは実施例1で説明したとおりである。
Note that the
図5に、本発明の他の実施形態にかかる秘話送受信装置の構成例を示す。基本的に図4に示した秘話送受信装置と同じ構成部材には同じ部材番号を付している。図4に示した秘話送受信装置400と異なる点は、秘話音声復調モジュールにおいて復号回路501が付加され、秘話音声変調モジュールにおいて暗号回路502が付加されている点である。
FIG. 5 shows a configuration example of a secret transmission / reception apparatus according to another embodiment of the present invention. Basically, the same component numbers are assigned to the same components as those in the secret transmission / reception apparatus shown in FIG. The difference from the secret message transmitting / receiving
復号回路501及び暗号回路502には、例えば、調歩同期して動作するM系列擬似乱数発生器を用いた逐次処理回路を使用することができる。すわなち、一定周期で更新されるM系列擬似乱数発生器から取り出されたビット列を元(オリジナル)のビット列に対してXOR(排他的論理和)演算処理することで暗号化できる。復号に際しては、暗号化されたビット列に対して暗号化時に用いられた同じビット列(M系列擬似乱数発生器から取り出されたもの)をXOR演算処理することで元のビット列を復元することができる。例えば、オリジナルのビット列として4ビットずつ処理する場合において、オリジナルビット列が「0110」であり、M系列擬似乱数発生器から取り出されたビット列が「1011」であったらならば、XOR演算処理によって得られる暗号化ビット列は「1100」となる。一方、この暗号化ビット列「1100」に対し、暗号化時に用いられた同じビット列(M系列擬似乱数発生器から取り出されたもの)「1011」を用いてXOR演算処理すると、元のビット列「0110」を復元することができる。
For the
なお、復号回路501を実施例1におけるスクランブル解除回路(復号処理回路)304a〜304dとして採用し、暗号回路502を実施例1におけるスクランブル処理回路(暗号処理回路)309a〜309dとして採用することもできる。この場合、実施例1においては、4つの帯域に分割され、それぞれの帯域ごとに4bitのビット列にデジタル化されているので、乱数発生器によって一定周期で更新発生されるM系列擬似乱数には16bit長のものを採用し、この16bit乱数の中から例えば上位4bitずつを取り出して各帯域を暗号化するためのキーとして使用するとよい。
The
また、暗号処理(スクランブル処理)においては、分割された各帯域に対して同じ乱数発生ユニット内で発生させた乱数を使用することが望ましい。すわなち、典型的な暗号化(ビットスクランブル)には、上述したようなM系列擬似乱数を用いた排他的論理和演算処理が考えられるが、このように一定の規則に基づくスクランブル処理を行い、乱数の更新においてはその帯域で使用される最も低い周波数の音声の1サイクル分(例えば4クロック分)は乱数の更新を行わないようにする。このようにすることで、スクランブル後の各帯域に対するビット値が偶然に全てゼロとなってしまうといった処理不可能な特異事象の発生を防止するとともに、この法則にしたがい頻繁に乱数を更新するので、第三者がより解読しにくい暗号化を実現することができるものである。 In the encryption process (scramble process), it is desirable to use random numbers generated in the same random number generation unit for each divided band. In other words, for typical encryption (bit scrambling), an exclusive OR operation process using the M-sequence pseudo-random number as described above can be considered. In this way, a scramble process based on a certain rule is performed. In updating the random number, the random number is not updated for one cycle (for example, four clocks) of the lowest frequency sound used in the band. By doing this, it is possible to prevent the occurrence of singular events that cannot be processed such that the bit values for each band after scrambling become all zero by chance, and the random numbers are updated frequently according to this rule. It is possible to realize encryption that is difficult for a third party to decipher.
その他、空きの帯域に送受信者間で意味のある合図となる信号を挿入することによって、乱数更新の合図や、雑音等の影響で動機が崩れた場合の初期化等の合図に使用してもよい。 In addition, by inserting a signal that makes a meaningful signal between the sender and receiver in the vacant band, it can also be used for signals such as random number update signals, initialization signals when the motives are disrupted due to noise, etc. Good.
図6に、本発明の他の実施形態にかかる秘話送受信装置の構成例を示す。基本的に図4に示した秘話送受信装置400及び図5で示した秘話送受信装置500と同じ構成部材には同じ部材番号を付している。秘話送受信装置400及び秘話送受信装置500と異なる点は、秘話音声復調モジュールにおいてキャリア発生回路602が付加されている点である。
FIG. 6 shows a configuration example of the secret transmission / reception apparatus according to another embodiment of the present invention. Basically, the same component numbers are assigned to the same components as those of the secret transmission /
キャリア発生回路602には、例えば図7に示した回路700を使用することができる。図7に示したとおり、キャリア発生回路700は、4800Hzを発振する発振器を基準として2分の1ずつ分周して分割帯域ごとのキャリアを発生させるものであり、この点でキャリア発生回路700は、実施例1においても採用できるものである。なお、本実施例においては個々のキャリアの周波数が逓倍関係になっているが、逓倍関係に限定されるものではなく、個々の周波数の発振器を備えるなどして、キャリアの周波数を任意に設定してもよい。
As the carrier generation circuit 602, for example, the
キャリア発生回路700は、基準となる発振器701と、1/2分周器702〜704と、VCO(Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器)705〜708と、帯域ごとのアナログ出力回路709〜712とからなる。
The
キャリア発生回路700において、基準となる発振器701から発信された4800Hzのクロックが1/2分周器702〜704によって順次2分の1倍に分周されてVCO705〜708にデジタルのクロックとして入力される。図から明らかなように、VCO1(705)には4800Hzのクロックが、VCO2(706)には2400Hzのクロックが、VCO3(707)には1200Hzのクロックが、VCO4(708)には600Hzのクロックがそれぞれ入力される。各VCOにおいてそれぞれアナログの正弦波が取り出され、それぞれアナログ出力回路709〜712に入力される。そして、アナログ出力回路709からは4800Hzの搬送波が、出力回路710からは2400Hzの搬送波が、出力回路711からは1200Hzの搬送波が、出力回路712からは600Hzの搬送波がそれぞれ出力される。
In the
なお、詳細は図示しないが、各電圧制御発振器705〜708においては、位相比較器とアナログ可変発振器とコンパレータとが帰還型に接続されており、帯域ごとに所望の周波数のアナログ正弦波が取り出されるよう構成されている。
Although not shown in detail, in each of the voltage controlled
図7に、本発明の他の実施形態にかかる秘話送受信装置における音声処理の技術概念を示す。例えば、実施例1においては複数の搬送波を発生させるに際して、600Hz、1200Hz、2400Hz、4800Hzのものを発生させた。しかしながら、本発明においては、これらの搬送波は逓倍関係にあるまま周波数を変更してもよいし、個々に特定の周波数を割り振ってもよい。図7は、搬送波に対してある値をずらすことで搬送波の解析を困難にする方法を示すもので、200〜400Hzの分割帯域を搬送するキャリア周波数を600±αとしている。また、400〜800Hzの分割帯域を搬送するキャリア周波数を1200±βとし、800〜1600Hzの分割帯域を搬送するキャリア周波数を2400±γとし、1600〜3200Hzの分割帯域を搬送するキャリア周波数を4800±δとしている。これは、それぞれの周波数の発振器を用いることなどで実現でき、これら各帯域のずらし幅α、β、γ、δは、たとえばキャリア発生器700におけるVCO1(705)〜VCO4(708)においてそれぞれ設定することができる。なお、逓倍関係を維持し、β=2α、γ=4α、δ=8αのような構成にしてもよい。そして、これら各帯域のずらし幅α、β、γ、δは、例えば組となる秘話送受信装置ごとに秘密の鍵として共有する。このように構成すれば、第三者により搬送波の周波数を帯域ごとに推定することは一層困難となり、より秘匿性の高い秘話送受信装置を実現することができる。
FIG. 7 shows a technical concept of voice processing in the secret transmission / reception apparatus according to another embodiment of the present invention. For example, in Example 1, when generating a plurality of carrier waves, ones of 600 Hz, 1200 Hz, 2400 Hz, and 4800 Hz were generated. However, in the present invention, the frequency of these carriers may be changed while being in a multiplying relationship, or a specific frequency may be allocated individually. FIG. 7 shows a method of making it difficult to analyze the carrier wave by shifting a certain value with respect to the carrier wave. The carrier frequency for carrying the 200 to 400 Hz divided band is 600 ± α. Further, the carrier frequency for carrying the divided band of 400 to 800 Hz is 1200 ± β, the carrier frequency for carrying the divided band of 800 to 1600 Hz is 2400 ± γ, and the carrier frequency for carrying the divided band of 1600 to 3200 Hz is 4800 ±. It is set as δ. This can be realized by using an oscillator of each frequency, and the shift widths α, β, γ, and δ of these bands are set in, for example, VCO1 (705) to VCO4 (708) in the
なお、念のために申し添えておくが、特許請求の範囲、明細書、要約書、図面に記載された全ての技術的要素は、これら要素の少なくとも一部が相互に排他的となる組み合わせを除く任意の組み合わせによって本発明にかかる秘話送受信装置の構成要素となりうる。 As a reminder, all technical elements described in the claims, specification, abstract, and drawings are combinations in which at least some of these elements are mutually exclusive. Any combination other than the above can be a constituent element of the secret transmission / reception apparatus according to the present invention.
また、本発明は、上述した実施形態のいずれの個別具体的な詳細記載にも制限されことはない。さらに、本発明の技術的範囲は、上述の説明のみによってではなく、特許請求の範囲の記載によってその外延が特定されるものであり、特許請求の範囲と均等となる置換ないし変更も本発明の技術的範囲となるものである。 Further, the present invention is not limited to any individual specific detailed description of the above-described embodiments. Further, the technical scope of the present invention is not limited only to the above description, but the extension thereof is specified by the description of the scope of claims, and substitutions or modifications equivalent to the scope of the claims are also included in the scope of the present invention. It is within the technical scope.
100 秘話音声送受信装置(秘話音声通信装置)
101 秘話音声復調モジュール
102 秘話音声変調モジュール
110 携帯電話機
120 マイク付ヘッドホン
121 マイク
190、191、192、193 信号ケーブル
301 キャリア発生回路
302a〜302d SSB復調回路
303a〜303d 4ビットA/Dサンプラ回路
304a〜304d スクランブル解除回路(復号回路)
305a〜305d D/Aコンバータ
306、312 加算器
307a〜307d デジタルフィルタ
308a〜308d 4ビットA/D量子化回路
309a〜309d スクランブル処理回路(暗号回路)
310a〜310d D/Aコンバータ
311a〜311d SSB変調回路
100 Secret voice transmission / reception device (Secret voice communication device)
DESCRIPTION OF
305a to 305d D /
310a to 310d D / A converters 311a to 311d SSB modulation circuit
Claims (9)
前記帯域分割フィルタによって帯域別に分割された複数の信号をそれぞれデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、
前記D/Aコンバータによって変換された各デジタル信号をスクランブル処理するスクランブル処理回路と、
前記スクランブル処理回路によってスクランブル処理された各デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、
前記D/Aコンバータによって変換された各アナログ信号を所定振幅の搬送波を基準とした単側波帯波としてSSB変調して送信するためのSSB変調回路と
を備えたことを特徴とする秘話送信装置。 A band division filter that divides the analog audio signal into bands;
An A / D converter that converts each of a plurality of signals divided into bands by the band dividing filter into digital signals;
A scramble processing circuit that scrambles each digital signal converted by the D / A converter;
A D / A converter that converts each digital signal scrambled by the scramble processing circuit into an analog signal;
A secret talk transmitting apparatus comprising: an SSB modulation circuit for SSB-modulating and transmitting each analog signal converted by the D / A converter as a single sideband with a carrier wave having a predetermined amplitude as a reference .
前記復調された各アナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、
前記A/Dコンバータによって変換された各デジタル信号をスクランブル解除するスクランブル解除回路と、
前記スクランブル解除回路によってスクランブル解除された各デジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータと、
前記D/Aコンバータによって変換された各アナログ信号を加算する加算器と
を備えたことを特徴とする秘話受信装置。 An SSB demodulating circuit for demodulating a plurality of received waves that are single-sideband modulated for each band into analog signals;
An A / D converter that converts each demodulated analog signal into a digital signal;
A descrambling circuit for descrambling each digital signal converted by the A / D converter;
A D / A converter that converts each digital signal descrambled by the descrambling circuit into an analog signal;
And a adder that adds the analog signals converted by the D / A converter.
前記SSB変調時には、前記帯域ごとに、200〜400Hz帯に対しては600Hz、400〜800Hz帯に対しては1200Hz、800〜1600Hz帯に対しては2400Hz、1600〜3200Hzに対しては4800Hzの搬送波を発生させるキャリア発生回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の秘話送信装置。 The band dividing filter is composed of digital filters 307a to 307d that divide an analog audio signal into 200 to 400 Hz band, 400 to 800 Hz band, 800 to 1600 Hz band, and 1600 to 3200 Hz band, respectively.
At the time of the SSB modulation, for each band, a carrier wave of 600 Hz for the 200 to 400 Hz band, 1200 Hz for the 400 to 800 Hz band, 2400 Hz for the 800 to 1600 Hz band, and 4800 Hz for the 1600 to 3200 Hz. The secret story transmitting apparatus according to claim 1, further comprising a carrier generating circuit for generating a message.
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