JP3197704B2

JP3197704B2 - 秘話装置

Info

Publication number: JP3197704B2
Application number: JP24194893A
Authority: JP
Inventors: 徹村上
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH0774732A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、音声通信における秘
話装置に係り、とくに時間軸上のスクランブル及びその
解除を行う秘話装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信における情報の機密保護が社
会問題となっており、特に音声通信において、第三者の
盗聴を防ぐための有効な秘話方式の要求が高まってい
る。秘話方式の一つとして、音声信号を所定の時間間隔
で分割し、その順序を入れ替える時間軸上のスクランブ
ルがある。このような通信を行う秘話装置の従来例を図
３に示す。

【０００３】（１）暗号キー（表１参照）暗号キーとは、スクランブル（暗号化）の手法を定義し
ておくもので、例えば、表１に示すように、・音声信号を各セグメントに分割するときの各セグメン
トの時間間隔Ｔn ・セグメントを並べ替える順序から成る指標を複数種類用意し、それぞれにキー番号を
付しておく。表１は、１フレームが７セグメントで構成
された暗号キーの一例を示す。

【０００４】暗号キーを作成する手法の一例を説明す
る。図示しないが、例えば、キー番号設定手段、指標設
定手段及び記憶手段から成る暗号キー設定手段を設け、・キー番号設定手段から、所望のキー番号を入力する。・そのキー番号に対応した指標（セグメント分割の時間
間隔及びセグメント並べ換えの順序）を入力する。・前記２つのステップで入力されたデータを表１に示す
ような形式で、記憶手段に記憶させる。この暗号キー設定手段を送信機・受信機内に個々に設置
してもよいし、外部に用意された設定手段で作成して記
憶手段（例えばＲＯＭ）のみを機内に設置してもよい。

【０００５】送信側と受信側は、表１に示すキー番号表
をそれぞれ持っていて、通信に先立って、キー番号を決
め、送信機及び受信機にそのキー番号を設定する。スク
ランブル及びその解除は自動的に行われる。

【０００６】

【表１】

【０００７】（２）秘話装置の送信側（図３参照）表１に示した暗号キーの中からキー番号「０１」を設定
した場合を例にして、従来装置の構成及び動作を説明す
る。音声信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換器１でデ
ィジタル信号に変換され、第１のバッファ４と第２のバ
ッファ５に導かれる。音声信号波形の一例を図４（ａ）
に示す。

【０００８】指標生成器９は記憶手段を含み、設定され
たキー番号（０１）に対応した指標を記憶手段から読み
出す。さらに、指標生成器１は、１フレーム（７セグメ
ント）ごとに第１のバッファ４と第２のバッファ５のリ
ード／ライトを切り換える信号及びスイッチ６を切り換
える信号を出力する。・第１の状態：第１のバッファ４がライトのとき、第２
のバッファ５はリード、さらに、スイッチ６が第２のバ
ッファ５側に切り変わる。・第２の状態：第１のバッファ４がリードのとき、第２
のバッファ５はライト、さらに、スイッチ６が第１のバ
ッファ４側に切り変わる。指標生成器９から第１の状態の信号が出力されると、Ａ
／Ｄ変換器１の出力１フレーム分（７セグメント）が第
１のバッファ４に書き込まれる。その間、第２のバッフ
ァ５の内容が順次読み出される。また、指標生成器１か
ら第２の状態の信号が出力されると、Ａ／Ｄ変換器１の
後続の出力１フレーム分（７セグメント）が第２のバッ
ファ５に書き込まれる。その間、第１のバッファ４の内
容が順次読み出される。

【０００９】アドレス発生器１０は、指標生成器９から
の指標に従って、第１のバッファ４及び第２のバッファ
５のアドレスを発生する。ライトアドレスは次のように
指定する。分割されたセグメント並べ換えの順序ライトアドレス第１セグメント第４番目４００〜４９９第２セグメント第６番目６００〜６９９第３セグメント第１番目１００〜１９９第４セグメント第５番目５００〜５９９第５セグメント第３番目３００〜３９９第６セグメント第７番目７００〜７９９第７セグメント第２番目２００〜２９９Ａ／Ｄ変換器１の出力信号を、表１に示した並べ換えの
順序（キー番号０１）に従って各バッファに書き込んで
いく。リードアドレスは、下位アドレスから上位アドレ
スに向かって順次発生させる。なお、ライトアドレスと
リードアドレスの発生手順を逆にしてもよい。すなわ
ち、ライトアドレスを下位アドレスから上位アドレスに
向かって順次発生させ、リードアドレスをセグメント並
べ換えの順に従って発生させる。

【００１０】このようにして、第１のバッファ４と第２
のバッファ５から１フレーム（７セグメント）ずつ交互
にスクランブルされたディジタル信号が取り出せる。こ
の信号は、Ｄ／Ａ変換器７でアナログ信号に変換され、
ＬＰＦ（Low Pass Filter）８で高域信号成分が除去さ
れる。Ｄ／Ａ変換器７でアナログに変換された信号（ス
クランブルを受けた）波形の一例を図４（ｂ）に示す。
出力端子には、キー番号０１で定義された時間間隔でセ
グメントに分割され、さらに、各セグメントが並べ換え
られたアナログ信号が現れる。送信側が無線送信機の場
合、出力端子に得られる信号で搬送信号を変調してアン
テナから送出する。

【００１１】（３）秘話装置の受信側（図３参照）受信側の構成は、図３に示した送信側の構成と同じであ
るが、スクランブル解除の動作が異なる。受信側におい
ては、予め送信側との間で取り決められているキー番号
を指標生成器９に設定する。送信側の説明で例に挙げ
た、キー番号「０１」を設定した場合を例にして、従来
装置の構成及び動作を説明する。

【００１２】スクランブルを受けた音声信号（アナログ
信号）は、Ａ／Ｄ変換器１でディジタル信号に変換さ
れ、第１のバッファ４と第２のバッファ５に導かれる。
受信側が無線受信機の場合、アンテナに誘起された信号
を中間周波信号に周波数変換した後、復調して得られた
信号が、このスクランブルを受けた音声信号に相当す
る。

【００１３】指標生成器９は記憶手段を含み、設定され
たキー番号（０１）に対応した指標を記憶手段から読み
出す。さらに、指標生成器１は、１フレーム（７セグメ
ント）ごとに第１のバッファ４と第２のバッファ５のリ
ード／ライトを切り換える信号及びスイッチ６を切り換
える信号を出力する。・第１の状態：第１のバッファ４がライトのとき、第２
のバッファ５はリード、さらに、スイッチ６が第２のバ
ッファ５側に切り変わる。・第２の状態：第１のバッファ４がリードのとき、第２
のバッファ５はライト、さらに、スイッチ６が第１のバ
ッファ４側に切り変わる。指標生成器９から第１の状態の信号が出力されると、Ａ
／Ｄ変換器１の出力１フレーム分（７セグメント）が第
１のバッファ４に書き込まれる。その間、第２のバッフ
ァ５の内容が順次読み出される。また、指標生成器１か
ら第２の状態の信号が出力されると、Ａ／Ｄ変換器１の
後続の出力１フレーム分（７セグメント）が第２のバッ
ファ５に書き込まれる。その間、第１のバッファ４の内
容が順次読み出される。

【００１４】アドレス発生器１０は、指標生成器９から
の指標に従って、第１のバッファ４及び第２のバッファ
５のアドレスを発生する。ライトアドレスは次のように
指定する。スクランブルされたスクランブル解除ライトアドレスセグメントの並べ換えの順序第１セグメント第３番目３００〜３９９第２セグメント第７番目７００〜７９９第３セグメント第５番目５００〜５９９第４セグメント第１番目１００〜１９９第５セグメント第４番目４００〜４９９第６セグメント第２番目２００〜２９９第７セグメント第６番目６００〜６９９Ａ／Ｄ変換器１の出力信号を、表１に示した並べ換えの
順序（キー番号０１）に従って各バッファに書き込んで
いく。リードアドレスは、下位アドレスから上位アドレ
スに向かって順次発生させる。なお、ライトアドレスと
リードアドレスの発生手順を逆にしてもよい。すなわ
ち、ライトアドレスを下位アドレスから上位アドレスに
向かって順次発生させ、リードアドレスをセグメント並
べ換えの順に従って発生させる。

【００１５】このようにして、第１のバッファ４と第２
のバッファ５から１フレーム（７セグメント）ずつ交互
にスクランブルが解除されたディジタル信号が取り出せ
る。この信号は、Ｄ／Ａ変換器７でアナログ信号に変換
され、ＬＰＦ８で高域信号成分が除去される。出力端子
には、キー番号０１で定義された時間間隔でセグメント
に分割され、さらに、各セグメントが並べ換えられたア
ナログ信号、すなわち、送信側の原音声信号復元された
信号が現れる。これをスクランブル解除、又はデスクラ
ンブルという。出力信号をラウドスピーカー又はヘッド
ホンによって、聴取することができる。

【００１６】（４）同期信号受信側では、スクランブルを受けた音声信号を各セグメ
ントに分割し、暗号キーに基づいて各セグメントの並び
順をもとに戻す（スクランブル解除）。このときに、送
信側で分割した位置と同じ位置で分割できるように、各
セグメントの始まりのタイミングを知る必要がある。そ
こで、一般的には、送信側から同期信号を送出してい
る。同期信号の送受の一例を説明する。無線通信の場
合、送信側では同期信号（一般には数Ｈｚ）で搬送波信
号を周波数変調（ＦＭ）し、受信側では中間周波信号を
ＦＭ検波して同期信号を再生した後タイミング信号を得
るようにしている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】有線通信では回線のチ
ャネル数を増やすため、また、無線通信では周波数資源
の利用効率を高めるために、占有帯域幅を可能な限り狭
くする必要がある。音声通信の場合、音声帯域の上限周
波数を３ｋＨｚ付近に設定している。そのため、送信側
では、変調信号となる音声信号の高い周波数成分を阻止
するために、前述のように、ＬＰＦが設けられている。
また、無線の受信機では、隣接チャネルとの混信を防ぐ
ためにＬＰＦが設けられる。

【００１８】時間軸上でスクランブルを行うと図４
（ｂ）に示されているように、セグメント接合部におい
て信号が不連続となり、この不連続信号がＬＰＦでフィ
ルタリングされると、接合部以降の波形歪が時間軸方向
に拡大し、再生後の音質は著しく劣化する。セグメント
接合部の波形歪の様子を図４（ｃ）に示す。

【００１９】また、同期が多少ずれた場合（スクランブ
ル解除のときの各セグメントに分割する位置が、スクラ
ンブルのときの各セグメントに分割する位置とずれた場
合）、隣接するセグメントの信号が当該セグメント接合
部に含まれることになり再生音質が著しく劣化する。本
発明の目的は、前述のセグメント接合部での信号波形の
不連続に起因する音質劣化を少なくした秘話装置を提供
することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明は、音声信号は非常に相関が高く、（特に日
本語では有声音の割合が高く）図４（ａ）に示されるよ
うに同じような波形の繰り返しになるという特徴に注目
し、この特徴を利用する。すなわち、送信側には、音声
信号に対して１セグメントごとに接合部に対応する位置
に窓関数（２乗余弦特性を持つ窓）を掛ける手段を備え
ることとした。そして、受信側には、前記窓関数によっ
て抑圧されてたセグメント接合部に、位置を合わせて数
ピッチ前の音声信号の波形を置換する手段を備えること
とした。

【００２１】

【作用】送信側では、音声信号に対して１セグメントご
とに窓関数（２乗余弦特性を持つ窓）を掛けることで、
セグメント接合部の不連続信号を抑圧している。セグメ
ント接合部における不連続な信号が取り除かれるから、
ＬＰＦでフィルタリングされても、セグメント接合部の
歪が時間軸方向に拡大するということがなくなる。受信
側では、抑圧されたセグメント接合部の音声信号を、位
置を合わせて数ピッチ前の波形を置換することで再生し
ている。送信側で取り除かれたセグメント接合部の音声
信号を、数ピッチ前の同じような波形を置換することで
再生しているから、音声品質は劣化しない。

【００２２】

【実施例】図１に基づいて実施例について説明する。（１）秘話装置の送信側図３に示した従来技術との差異は、窓関数発生器３と、
窓関数によって各セグメントの接合部を抑圧する手段
（乗算器２）を備えたところにある。その他の構成及び
動作は、従来技術と同じであるので説明を省略し、差異
のある部分について詳細に説明する。

【００２３】窓関数発生器３は、図５に示すような波形
の窓関数を発生する。その波形の前縁部ａは余弦２乗波
の−π／２〜０、また、後縁ｃは余弦２乗波の０〜＋π
／２の部分に相当し、０〜１までの間を緩やかに変化す
る。また、平坦部ｂは、音声信号をセグメントに分割す
るときの時間間隔Ｔｎに関係して時間軸方向に可変長で
ある。窓関数波形の横軸（時間軸）方向を所定間隔で分
割し、各分割点に対応する縦軸方向のデータ（０〜１）
を予めメモリに格納し、所定のクロック信号で読出すこ
とによって、窓関数（ディジタル信号）が得られる。

【００２４】窓関数と、Ａ／Ｄ変換器１でディジタル信
号に変換された音声信号は、乗算器２に導かれ、そのこ
で両者が乗算される。乗算器２の出力（乗算結果）は、
第１のバッファ４と第２のバッファ５に導かれる。

【００２５】次に、図６を参照して窓関数とセグメント
の接合部の詳細を説明する。タイミング信号（ａ）は、
各セグメントの接合部に対応する位置で発生している。
なお、一般に同期信号はタイミング信号より周期が長い
（１フレーム又は２フレームに相当する周期）。そのた
め、１フレームを構成するセグメント数でタイミング信
号を分周して同期信号を得ている。

【００２６】タイミング信号と窓関数の底部（図５のｄ
点）とが一致するような関係を保ちながら窓関数（ｂ）
が、窓関数発生器３から出力される。窓関数（ｂ）と音
声信号（ｃ）は、乗算器２で乗算される。乗算結果は、
図６の（ｄ）のように、セグメントの接合部に相当する
位置が抑圧される。

【００２７】乗算結果は、従来例の（２）送信側で説明
したとおり、第１のバッファ４と第２のバッファ５に１
フレームずつ交互に書き込まれる。各バッファの内容
は、交互に読出され、スクランブルを受けた信号とし
て、Ｄ／Ａ変換された後ＬＰＦ８に導かれる。セグメン
トの接合部付近がなめらかに抑圧されているため、ＬＰ
Ｆ８でフィルタリングされても、接合部付近の波形歪は
起きない。

【００２８】なお、上記実施例では、窓関数によって音
声信号の接合部に相当する位置を予め抑圧しておき、そ
の後にスクランブル（並べ換え）を施した。他の実施例
として、その手順を逆、すなわち、音声信号にスクラン
ブル（並べ換え）を施した後、その接合部付近を窓関数
によって抑圧してもよい。構成としては、Ａ／Ｄ変換器
１の出力を第１のバッファ４及び第２のバッファ５に導
き、スイッチ６の出力を乗算器２に導くものである。す
なわち、乗算器２をＤ／Ａ変換器７の全段に設けるもの
である。

【００２９】（２）秘話装置の受信側図３に示した従来技術との差異は、ラグ演算器２２、制
御器２３、及び抑圧された各セグメントの接合部に抑圧
されていない信号の一部ををコピーする手段（データ置
換器２１）を備えたところにある。その他の構成及び動
作は、従来技術と同じであるので説明を省略し、差異の
ある部分について詳細に説明する。

【００３０】音声信号は有声音の場合非常に相関が高
く、同じような波形が繰り返して現れる。この同じよう
な波形の繰り返しの１群をピッチという。この特徴を利
用して、送信側で抑圧された各セグメントの接合部に、
その近傍の類似の波形部分をコピーして信号波形をなめ
らかにつなぎ合わせるものである。

【００３１】図２及び図７を参照して実施例を説明す
る。従来例の（３）受信側で説明したとおり、スイッチ
６にはスクランブルが解除された音声信号（ただし、セ
グメントの接合部は抑圧されている）が現れる。接合部
近傍の類似の波形をコピーするのであるが、波形のどの
部分が類似なのかその位置を識別する必要がある。この
位置を識別する方法として、自己相関法、ケプストラム
法、ＡＭＤＦ（AverageMagnitude Difference Function
）などがある。ここでは、ＡＭＤＦを例に説明する。

【００３２】図７（ａ）に示すように、セグメントの接
合部の直前に２つの固定の窓、領域Ｉ及び領域IIを設け
ておき、各領域内に到来するディジタルデータをラグ演
算部２２内に設けられたメモリに格納する。窓を設ける
位置は、１つ前に起きる接合部とセグメントに分割する
時間間隔Ｔｎに基づいて決定される。次に、波形の移動
量ｋｐを式１を用いて演算する。この演算は、前記メモ
リに格納されたデータと、その時点でラグ演算部２２に
到達するデータの相関をとることによって達成される。
メモリに格納されたデータを時間軸上でｋｐだけ後方に
移動されると、図７（ａ）の領域IIの波形と、同図
（ｂ）の領域Ｉの波形が波線以降で一致する。このと
き、図７（ｂ）の領域II内の期間Ｗのデータを、データ
置換器２１において、セグメントの接合部に置換（デー
タの上書き）する。

【００３３】

【数１】

【００３４】詳述しないが、送信側からの同期信号に基
づいて生成されるタイミング信号を適用すれば、上述の
セグメントの接合部は識別できる。さらに、送信側で発
生させた窓関数の立上がり及び立下がり部分の波形は、
セグメントに分割する際の時間間隔Ｔｎに関係なく一定
である。その波形を受信側で記憶手段に記憶させておけ
ば、タイミング信号に基づいて、データ置換の位置Ｗが
設定できる。

【００３５】図７（ａ）の波形では、明らかに不連続な
部分が生じているということが直感的に分かるが、波形
の置換によって復元した同図（ｃ）波形は、不連続な部
分を見つけだすのは困難で、実際に耳で聞いた場合、か
なり音質が向上するということが分かった。シミュレー
ションの結果、接合部における不連続性雑音は約２０ｄ
Ｂ程度改善された。波形の置換を行わない場合、バリバ
リという雑音が生じていたが、波形の置換を行うと、ほ
とんどその雑音は消えることが確認できた。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、送信側には、音声信号
に対して各セグメントの接合部を窓関数（２乗余弦特性
を持つ窓）によって抑圧させる手段を備えることとし、
受信側には、前記窓関数によって抑圧されたセグメント
の接合部の音声信号を、位置を合わせて数ピッチ前の波
形で置換する手段を備えることとしたから、送信側で
は、セグメント接合部における不連続な信号が取り除か
れ、ＬＰＦでフィルタリングされても、セグメント接合
部の波形歪が時間軸方向に拡大するということはなく、
受信側では、送信側で抑圧されたセグメントの接合部の
音声信号が復元され、音声品質は劣化しない。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の送信側の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の受信側の一実施例を示すブロック図。

【図３】従来の秘話装置を示すブロック図。

【図４】スクランブルの態様を示す波形図。

【図５】窓関数の波形図。

【図６】窓掛けの態様を示すタイミング図。

【図７】波形置換の態様を示すタイミング図。

【００３８】

【符号の説明】１Ａ／Ｄ変換器２乗算器３窓関数発生器４第１のバッファ５第２のバッファ６スイッチ７Ｄ／Ａ変換器８ＬＰＦ９指標生成器１０アドレス発生器１１Ａ／Ｄ変換器１４第１のバッファ１５第２のバッファ１６スイッチ１７Ｄ／Ａ変換器１８ＬＰＦ１９指標生成器２０アドレス発生器２１データ置換器２２ラグ演算器２３制御器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された音声信号を保持し、該音声信
号を複数のセグメントに分割し、該複数のセグメントの
並びを入力された順とは替えることで時間軸上のスクラ
ンブルを実行して時間軸上のスクランブル信号を出力す
るスクランブル装置（４，５，９，１０）と、前記セグ
メントとセグメントの接合部分の信号を抑圧させる窓関
数を発生する窓関数発生器（３）と、前記音声信号に該
窓関数を掛け合わせる乗算器（２）とを有する送信器、及び、前記時間軸上のスクランブル信号を入力しスクラ
ンブルを解除するスクランブル解除器（１４，１５，１
９，２０）と、前記窓関数を掛け合わせる乗算器により
抑圧された音声信号部分に波形置換を行うために前記ス
クランブル解除器から出力された波形の所定部分の時間
軸に対する移動量を求めるラグ演算器（２２，２３）
と、前記スクランブル解除器からの出力波形とラグ演算
器からの出力とを受けて前記所定部分を前記移動量だけ
移動させた波形を置換することによって実質的に前記音
声信号を出力するテータ置換器（２１）とを有する受信
器を含む秘話装置。