JPH051958B2 - - Google Patents

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JPH051958B2
JPH051958B2 JP59160492A JP16049284A JPH051958B2 JP H051958 B2 JPH051958 B2 JP H051958B2 JP 59160492 A JP59160492 A JP 59160492A JP 16049284 A JP16049284 A JP 16049284A JP H051958 B2 JPH051958 B2 JP H051958B2
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JP
Japan
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csm
frequency
phase reset
variable
window function
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JP59160492A
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Japanese (ja)
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JPS6139100A (en
Inventor
Satoru Taguchi
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は音声通信の秘話化を行なう秘話装置、
とくにCSM(Composite Sinusoidal Mode−
ling:複合正弦波モデル)の原理に基づく秘話装
置に関し、秘話性の高いアナログ秘話装置に係
る。
[Detailed Description of the Invention] (Technical Field) The present invention provides a privacy device for polarizing voice communication;
In particular, CSM (Composite Sinusoidal Mode−
The present invention relates to a confidential communication device based on the principle of ling (composite sine wave model), and relates to an analog confidential communication device with high communication confidentiality.

(従来技術) 一般に秘話装置として、音声信号をA/D変換
によりデイジタル符号に変換し、これに特定のコ
ード変換等を施すことにより原音声情報を秘匿し
て伝送し、受信側においてこの逆コード変換を行
なつた後D/A変換により原音声信号を再現する
というデイジタル秘話装置が広く用いられてい
る。しかしこのようなデイジタル方式は、伝送容
量、エラーレート等の伝送路の伝送品質に対する
要求度が高いという欠点を有している。
(Prior art) In general, as a secret communication device, an audio signal is converted into a digital code by A/D conversion, the original audio information is transmitted in a confidential manner by performing specific code conversion, etc., and the receiving side converts the original audio information into a reverse code. Digital confidential communication devices that reproduce the original audio signal by D/A conversion after conversion are widely used. However, such a digital system has the drawback that high requirements are placed on the transmission quality of the transmission path, such as transmission capacity and error rate.

またこれに対し、例えば音声信号のスペクトル
を反転し、あるいはこれを分割して相対位置を入
れ替えて伝送する等の方法を用いるアナログ秘話
装置もあるが、これは一般に伝送路の伝送品質に
対する要求は低くてすむが、原音声信号のスペク
トル包絡が何等かの形で残存しているため一般に
秘話性が低いという欠点を有している。
On the other hand, there are analog secret communication devices that use methods such as inverting the spectrum of the audio signal, or dividing it and switching the relative positions before transmitting it, but these generally do not meet the requirements for the transmission quality of the transmission path. However, since the spectral envelope of the original audio signal remains in some form, it generally has the disadvantage of low privacy.

(発明の目的) 本発明の目的は、後述するCSMによる音声分
析、音声合成の原理に基づいて秘話性の高い新ら
しい型のアナログ秘話装置を提供することにあ
る。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a new type of analog confidential speech device with high speech confidentiality based on the principles of speech analysis and speech synthesis using CSM, which will be described later.

(発明の構成) 本発明の装置は、CSM分析手段と、前記手段
により算出されたCSM周波数データの分布範囲
を一定の比率で変換する手段と、前記変換された
CSMデータによつて指定される周波数と振幅と
をもつ複数の正弦波の加算合成波形を発生する
CSMスペクトル発生手段とを有する送信側と、 前記送信側のCSMスペクトル発生手段からの
信号のスペクトル分析を行ない前記加算合成され
た複数の各正弦波の周波数および振幅を指定する
各パラメータを抽出するスペクトルパラメータ抽
出手段と、前記抽出されたパラメータを前記送信
側に於ける変換の逆変換を行なう手段と、前記逆
変換されたパラメータの指定する各周波数に設定
される複数の位相リセツト機能付可変周波数発振
器と、これに対応して前記各位相リセツト機能付
可変周波数発振器の出力を前記抽出されたパラメ
ータの指定する振幅に設定する可変利得増幅器と
可変長窓関数発生器と、乱数発生器とを備え、有
声音を合成する場合にはピツチ周期に対応して前
記各位相リセツト機能付可変周波数発振器の位相
リセツトを行ない、無声音を合成する場合には前
記乱数発生器の出力の乱数より算出される周期に
対応して前記各位相リセツト機能付可変周波数発
振器の位相リセツトを行ない、前記可変長窓関数
発生器で発生される窓関数の開始時点および終止
時点が上記位相リセツトの時点とほぼ一致するよ
うにした受信側とを有する。
(Structure of the Invention) The apparatus of the present invention includes: a CSM analysis means; a means for converting the distribution range of CSM frequency data calculated by the means at a constant ratio;
Generates an additive composite waveform of multiple sine waves with the frequency and amplitude specified by CSM data
a transmitting side having a CSM spectrum generating means; and a spectrum for performing spectrum analysis of a signal from the CSM spectrum generating means on the transmitting side and extracting each parameter specifying the frequency and amplitude of each of the plurality of sine waves that have been added and synthesized. parameter extracting means; means for inversely transforming the extracted parameters on the transmitting side; and a plurality of variable frequency oscillators with phase reset functions set to respective frequencies specified by the inversely transformed parameters. and a variable gain amplifier, a variable length window function generator, and a random number generator for correspondingly setting the output of each variable frequency oscillator with a phase reset function to an amplitude specified by the extracted parameter, When synthesizing voiced sounds, the phase of each variable frequency oscillator with a phase reset function is reset in accordance with the pitch period, and when synthesizing unvoiced sounds, the phase is reset according to the pitch period calculated from the random number output from the random number generator. Correspondingly, the phase of each variable frequency oscillator with a phase reset function is reset so that the start and end points of the window function generated by the variable length window function generator almost coincide with the phase reset point. and a receiving side.

(原理) 前述のように本発明の秘話装置はCSMの音声
分析、音声合成の原理に基づいている。
(Principle) As mentioned above, the secret speech device of the present invention is based on the principle of CSM speech analysis and speech synthesis.

そこで最初にCSMの音声分析および音声合成
の原理から説明する。
First, we will explain the principles of CSM's speech analysis and speech synthesis.

CSMとは、音声信号を、振幅と周波数とを自
由に選べるパラメータとしてもつ特定の個数の正
弦波の和として、表現するものである。この正弦
波の個数としては高々4〜6個の予め定めた数が
用いられる。
CSM expresses an audio signal as the sum of a specific number of sine waves whose amplitude and frequency are freely selectable parameters. A predetermined number of 4 to 6 sine waves is used at most.

従つてCSM音声合成を行なう場合には、まず
音声信号をCSM音声分析により、予め定められ
た個数の正弦波の和として表現する必要がある。
CSM音声分析については後に詳述することとし、
ここではその要点のみを説明する。
Therefore, when performing CSM speech synthesis, it is first necessary to express the speech signal as a sum of a predetermined number of sine waves by CSM speech analysis.
CSM voice analysis will be explained in detail later.
Only the main points will be explained here.

CSM分析においてもLPC分析の場合と同様に、
位相情報の無視、音源の影響の平均化、雑音成分
による不安定性の回避等を目的に、中間パラメー
タとして自己相関係数を使用する。
In CSM analysis, as in LPC analysis,
An autocorrelation coefficient is used as an intermediate parameter for the purpose of ignoring phase information, averaging the influence of sound sources, and avoiding instability due to noise components.

すなわち、CSM分析は、各分析フレーム毎に
表現されるべき音声波形から直接算出される標本
自己相関係数の低次のタツプのN個を、合成波の
自己相関係数の低次のタツプN個と一致するよう
に、合成すべき各正弦波の周波数およびその強度
(電力振幅)を決定することである。
In other words, in CSM analysis, N low-order taps of sample autocorrelation coefficients directly calculated from the speech waveform to be expressed for each analysis frame are combined with N low-order taps of autocorrelation coefficients of a synthesized wave. The purpose is to determine the frequency of each sine wave to be synthesized and its strength (power amplitude) so that it matches the individual sine waves.

今、合成すべき正弦波の個数をnとし、各正弦
波の各周波数をωi(i=1,2,…n)各正弦波
の強度をmiとすると、CSMの合成波ytは、 yt=oi=1 √sin(ωit+φi) となるが、このタツプlの自己相関係数γlはωi,
miを用いて容易に表わされ、 γloi=1 micoslωi である。
Now, if the number of sine waves to be combined is n, each frequency of each sine wave is ω i (i=1, 2,...n), and the intensity of each sine wave is m i , then the CSM composite wave yt is yt= oi=1 √sin(ωit+φi), but the autocorrelation coefficient γ l of this tap l is ωi,
It is easily expressed using mi, and γ l = oi=1 micoslωi.

一方、表現されるべき音声波形のサンプルを
Xtとするとあるフレームにおけるタツプlの標
本自己相関係数υlは υl=1/MM-1t=l XtXt-l として与えられる。
On the other hand, the sample of the audio waveform to be expressed is
If X t is the sample autocorrelation coefficient υ l of tap l in a certain frame, it is given as υ l =1/M M-1t=l X t X tl .

但し、Mは1分析フレームにおけるサンプル数
である。
However, M is the number of samples in one analysis frame.

さて、CSM分析においては、上述のγlが与え
られたυlと低次のN個について等しくなるように
各mi,ωiの値を決定することである。
Now, in the CSM analysis, the value of each m i and ω i is determined so that the above-mentioned γ l is equal to the given υ l for N low-order values.

すなわち、 γl=υl:但し、l=0,1,2,…N が成立するようにmi,ωiの値を決定することであ
る。
That is, γ ll : However, the values of m i and ω i are determined so that l=0, 1, 2, . . . N holds true.

この具体的な方法については後に詳述すること
にして、ここでは、上述のn個の正弦波のmi
よびωiが、与えられた音声信号に応答して各分析
フレームごとに次次に得られるものとする。
This specific method will be explained in detail later, but here, m i and ω i of the n sine waves mentioned above are shall be obtained.

こうして得られたCSMパラメータmi,ωiによ
る音声特徴ベクトルパターンの一例を第1図に示
す。
FIG. 1 shows an example of a speech feature vector pattern based on the CSM parameters m i and ω i obtained in this way.

また、分析フレームの窓長を30mSECとして分
析した9次(N=9)のCSM(正弦波の個数n=
5)ラインスペクトルと、同一の音声サンプルに
より求めた9次のLPCスペクトル包絡(LPC合
成フイルタの周波数伝送特性)との対応例を第2
図に示す。
In addition, the 9th order (N = 9) CSM (number of sine waves n =
5) The second example shows the correspondence between the line spectrum and the 9th-order LPC spectrum envelope (frequency transmission characteristics of the LPC synthesis filter) obtained from the same audio sample.
As shown in the figure.

なお、上述の次数Nと、正弦波の個数nとの間
には、後述するように N=2n−1 の関係がある。
Note that there is a relationship of N=2n-1 between the above-mentioned order N and the number n of sine waves, as described later.

これらの図より、CSMは表現すべき原音声の
特徴を抽出した情報を含んでいることが窺える。
From these figures, it can be seen that the CSM contains information that extracts the features of the original speech that should be expressed.

しかしながら、こうしてCSM分析の結果得ら
れたn組のmi,ωiの値を用いて、このmi,ωiで指
定される強度(実際の振幅は前述のように√i
および角周波数をもつn個の正弦波を作り、これ
を単純に加算合成しただけでは、人間の耳には、
単に正弦波が合成された音として聞こえる程度で
全くもとの音声として聴きとることはできないと
いう特徴を有している。
However, using n sets of m i and ω i values obtained as a result of CSM analysis, the intensity specified by m i and ω i (the actual amplitude is √ i as mentioned above)
If you create n sine waves with angular frequencies and simply add and synthesize them, the human ear will hear:
It has the characteristic that it can only be heard as a synthesized sound of sine waves and cannot be heard as the original sound at all.

これは、正弦波を単純加算しても、発生された
信号のスペクトルは、離散化されたn個の線スペ
クトルに過ぎず、一方、音声信号のスペクトルは
連続的なスペクトル包絡を有し、さらにまた、有
声音ではピツチ構造で表現され、また無声音では
確率過程で表現される微細なスペクトル構造を合
せもつていて、単純加算したCSMと音声信号と
はスペクトル構造が全く異なつていることに起因
すると考えられる。
This means that even if you simply add sine waves, the spectrum of the generated signal is just a discretized n line spectrum, whereas the spectrum of the audio signal has a continuous spectral envelope, and In addition, voiced sounds have a pitch structure, while unvoiced sounds have a fine spectral structure that is represented by a stochastic process. This is because the spectral structure of a simply added CSM and a speech signal is completely different. Conceivable.

そこで、CSMを用いて聴きとることができる
音声を合成するには、何らかの特別の方法によ
り、線スペクトルを連続的なスペクトルへ拡散す
ることが必要となる。つまりCSM音声合成とは、
第1図、第2図で示されるような線スペクトルで
表現される音声特徴スペクトルパターンを特別な
方法で拡散させて、これから音声スペクトルパタ
ーンを発生させることである。そして、このよう
なCSM音声合成を行なわなければCSMで指定さ
れる周波数と振幅とをもつ複数の正弦波の単純加
算合成波形は、もとの音声を再現するに必要な情
報を最も基本的な形で含んでいるにもかかわら
ず、全く音声として聴きとることができないので
ある。
Therefore, in order to synthesize audible speech using CSM, it is necessary to spread the line spectrum into a continuous spectrum using some special method. In other words, what is CSM speech synthesis?
The purpose of this method is to diffuse a voice characteristic spectrum pattern expressed by a line spectrum as shown in FIGS. 1 and 2 using a special method, and generate a voice spectrum pattern from it. If such CSM speech synthesis is not performed, the simple summation synthesized waveform of multiple sine waves with the frequency and amplitude specified by CSM will contain the information necessary to reproduce the original speech in the most basic way. Even though it is present in the form, it cannot be heard as a sound at all.

本発明の秘話装置は、CSMの単純加算合成波
形のもつ上述の特徴を利用したものである。
The secret speech device of the present invention utilizes the above-mentioned characteristics of the CSM simple addition synthesis waveform.

すなわち、送信側において入力音声信号の
CSM分析を行ない、このCSMの指定する角周波
数と振幅とをもつ複数の正弦波の単純加算合成波
形のアナログ信号を生成してこれを伝送路に送出
する。上述のようにこの合成波形は音声を再現す
るのに必要な情報を最も基本的な形で含んでいる
にもかかわらず音声としては全く聴きとることが
できないという高い秘話性を有している。また、
とくに必要な場合には後に詳述するようにCSM
のパラメータに予め定めた特定の変換を施すこと
によつてさらにその秘匿性を向上することもでき
る。
In other words, the input audio signal is
A CSM analysis is performed, and an analog signal of a simple summation composite waveform of a plurality of sine waves having the angular frequency and amplitude specified by the CSM is generated and sent to the transmission line. As mentioned above, although this synthesized waveform contains the information necessary to reproduce speech in the most basic form, it has a highly confidential nature in that it cannot be heard as speech at all. Also,
CSM if specifically required, as detailed below.
The confidentiality can be further improved by applying a predetermined specific transformation to the parameters of .

さて、受信側においては、特殊なCSM音声合
成を行なつて原音声を再現する。本発明の秘話装
置の受信側におけるスペクトル拡散によるCSM
音声合成の手法は下記のようなものである。
Now, on the receiving side, special CSM speech synthesis is performed to reproduce the original speech. CSM using spread spectrum on the receiving side of the secure communication device of the present invention
The speech synthesis method is as follows.

すなわち、有声音は明確なピツチ構造を有する
ため、前述のようにして指定されるCSMのn個
の各正弦波を、このピツチ周期ごとに位相のリセ
ツトを行なう。これにより、簡単にスペクトル包
絡の発生とピツチの微細スペクトル構造の発生と
が可能になる。
That is, since voiced sounds have a clear pitch structure, the phase of each of the n sine waves of the CSM specified as described above is reset every pitch period. This makes it possible to easily generate a spectral envelope and a fine pitch spectral structure.

さらにまた、実施例の説明において詳述するよ
うな特殊の時間窓関数処理を上述の位相リセツト
波形に施すことにより位相リセツト時における合
成波形の不連続性を除き、音声波形のもつ連続性
を確保している。
Furthermore, by applying special time window function processing to the above-mentioned phase reset waveform as detailed in the explanation of the embodiment, discontinuity of the synthesized waveform at the time of phase reset is removed and continuity of the audio waveform is ensured. are doing.

以上の実施により第2図に示したCSMのライ
ンスペクトルは、第3図Aに示されるように拡散
され、スペクトル包絡とピツチの微細構造とを有
するスペクトルに変化し、聴覚的にも充分実用に
耐える音質が得られることが実験結果明らかとな
つている。
Through the above implementation, the CSM line spectrum shown in Figure 2 is diffused as shown in Figure 3A, and changed to a spectrum having a spectral envelope and pitch fine structure, which is sufficiently practical for auditory purposes. Experimental results have shown that durable sound quality can be obtained.

なお参考のため、上述の処理を行なわず、単純
加算をしただけのCSMのスペクトルを第3図B
に示す。前述のように、これが伝送路を介して伝
送される信号のスペクトルであり、このようなス
ペクトルをもつ波形では聴覚的には単に正弦波が
合成された音として聞える程度で、原音声を再現
することはできない。
For reference, the CSM spectrum obtained by simple addition without performing the above processing is shown in Figure 3B.
Shown below. As mentioned above, this is the spectrum of the signal transmitted via the transmission path, and a waveform with such a spectrum reproduces the original sound to the extent that it sounds just like a synthesized sine wave. It is not possible.

以上は有声音の場合であるが、無声音の場合に
は以下のように行なう。すなわち、上述の有声音
の場合に、ピツチ周期毎に行なつた位相のリセツ
トと特殊の時間窓関数処理とを、無声音の場合に
はピツチ周期のかわりに、確率過程としてランダ
ムに発生するパルスを用い、このパルスの発生時
点ごとに処理を実施するようにする。
The above is for voiced sounds, but in the case of unvoiced sounds, it is performed as follows. In other words, in the case of voiced sounds mentioned above, the phase reset and special time window function processing performed every pitch period are used, and in the case of unvoiced sounds, pulses that are randomly generated as a stochastic process are used instead of the pitch periods. The process is performed every time this pulse occurs.

以上の手法を用いることにより聴覚的に充分実
用に耐えるCSM合成を行なうことができる。
By using the above method, it is possible to perform CSM synthesis that is auditorily sufficient for practical use.

なお、以上のCSM合成はフイルタを用いない
合成法であるため、合成側の安定性に対する考慮
を必要としない。このため、mi,ωiの情報を合成
側に伝送し、合成側で音声を再現する本装置のよ
うな通信手段に用いる場合に、回線品質が比較的
劣悪なときには、ボコーダよりも良好な音質が得
られるという特徴も考えられる。
Note that the above CSM synthesis is a synthesis method that does not use a filter, and therefore does not require consideration of stability on the synthesis side. Therefore, when using a communication means such as this device, which transmits the information of m i and ω i to the synthesis side and reproduces the voice on the synthesis side, when the line quality is relatively poor, it is better than a vocoder. Another possible feature is that it provides good sound quality.

ところで上述のごとく正弦波を単純加算しただ
けでは音声として知覚されない。本発明の秘話装
置は係る原理に基づくものであり、正弦波の分布
範囲を変換する手段により更に秘話性を高めてい
る。
However, as mentioned above, simply adding sine waves will not be perceived as speech. The confidential communication device of the present invention is based on such a principle, and further improves communication confidentiality by means of converting the distribution range of the sine wave.

(実施例) 次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。(Example) Next, the present invention will be explained in detail using examples.

第4図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。
FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

本実施例は送信側1と、受信側2よりなる。 This embodiment consists of a transmitting side 1 and a receiving side 2.

送信側1は、さらにA/D変換器101、ハミ
ング窓処理器102、自己相関係数計測器10
3、CSM分析器104、ピツチ・V/UV分析器
105、パラメータ変換器106、n個の可変周
波数発振器107−1〜107−n、n個の可変
利得増幅器108−1〜108−n、加算合成器
109、可変利得増幅器110、可変周波数変換
器111、V/UVスイツチ112、および加算
合成器113を含む。
The transmitting side 1 further includes an A/D converter 101, a Hamming window processor 102, and an autocorrelation coefficient measuring device 10.
3. CSM analyzer 104, pitch/V/UV analyzer 105, parameter converter 106, n variable frequency oscillators 107-1 to 107-n, n variable gain amplifiers 108-1 to 108-n, addition It includes a combiner 109, a variable gain amplifier 110, a variable frequency converter 111, a V/UV switch 112, and a summing combiner 113.

また受信側2は、さらに、スペクトル分析器2
01、電力分離器202、パラメータ逆変換器2
03、n個の位相リセツト機能付可変周波数発振
器204−1〜204−n、n個の可変利得増幅
器205−1〜205−n、加算合成器206、
乗算器207、乗算器208、V/UV切替器2
09、可変長窓関数発生器210、周期算出器2
11および乱数発生器212を含んでいる。
Further, the receiving side 2 further includes a spectrum analyzer 2.
01, power separator 202, parameter inverter 2
03, n variable frequency oscillators with phase reset function 204-1 to 204-n, n variable gain amplifiers 205-1 to 205-n, addition synthesizer 206,
Multiplier 207, multiplier 208, V/UV switch 2
09, variable length window function generator 210, period calculator 2
11 and a random number generator 212.

さて、本実施例の動作は下記の通りである。伝
送されるべき音声波形は、入力ライン1000を
介して、A/D変換器101に供給され、ここで
振幅および時間軸が量子化されたデイジタルデー
タに変換されこの出力はそれぞれ、ハミング窓処
理器102、およびピツチ・V/UV分析器10
5に供給される。
Now, the operation of this embodiment is as follows. The audio waveform to be transmitted is fed via an input line 1000 to an A/D converter 101, where it is converted into digital data whose amplitude and time axis are quantized, and the outputs of which are each passed through a Hamming window processor. 102, and Pituchi V/UV analyzer 10
5.

ハミング窓処理器102に供給されたデイジタ
ルデータは、予め定められている1フレームごと
に、公知のハミング窓関数による荷重乗算がなさ
れ、各フレームのデータごとに自己相関係数計測
器103に供給される。
The digital data supplied to the Hamming window processor 102 is subjected to weight multiplication using a known Hamming window function for each predetermined frame, and is supplied to the autocorrelation coefficient measuring device 103 for each frame of data. Ru.

自己相関係数計測器103は、こうして入力さ
れた各フレームのデータごとに前述した下記の演
算により低位のN個の自己相関係数υl(但しl=
1,2,……N)を求める。
The autocorrelation coefficient measuring device 103 calculates the lowest N autocorrelation coefficients υ l (where l=
1, 2,...N).

すなわち、1フレーム分のデータをXt(但しt
=0,1,……,M−1)とすると、 υl=1/MM-1t=l XtXt-l の演算処理を行なうことにより、N個の各υlを求
める。
In other words, data for one frame is X t (where t
=0, 1, ..., M-1), each of N υ l is obtained by performing the calculation process υ l =1/M M-1t=l X t X tl .

こうして求められた各フレーム毎のυlの組を次
のCSM分析器104に供給するとともに、こう
の中のυ0(つまりυ0=1/MM-1t=0 X2/t)をこのフレーム における電力情報としてパラメータ変換器106
に供給する。
The set of υ l for each frame obtained in this way is supplied to the next CSM analyzer 104, and υ 0 in this (that is, υ 0 = 1/M M-1t=0 X 2/t ) parameter converter 106 as the power information in this frame.
supply to.

さて、上述の各フレームごとの自己相関係数υl
の組の供給を受けたCSM分析器104は後に詳
述する演算を行なうことによつて、対応するフレ
ームのCSMのn個の各正弦波の強度および角周
波数を指定するmi,ωi(但しi=1,2,…n)
の組を決定し、これをパラメータ変換器106に
供給する。
Now, the autocorrelation coefficient υ l for each frame mentioned above
The CSM analyzer 104, which has been supplied with the set m i , ω i ( However, i=1, 2,...n)
and supplies this to the parameter converter 106.

また、A/D変換器101から原音声信号のデ
イジタルデータの供給を受けたピツチ・V/UV
分析器105は、ピツチ周期と有声音(V)/無
声音(UV)に関する情報を抽出してパラメータ
変換器106に供給する。
Also, the pitch V/UV which receives the digital data of the original audio signal from the A/D converter 101
The analyzer 105 extracts information regarding the pitch period and voiced (V)/unvoiced (UV) sounds and supplies it to the parameter converter 106.

さて、パラメータ変換器106はこれらの情報
のパラメータ変換を行なつて出力する変換器であ
るが、説明を分りやすくするために、最初はこの
変換器が何の変換も行なわず、入力した信号をそ
のまま出力するものとする。
Now, the parameter converter 106 is a converter that converts the parameters of this information and outputs it, but to make the explanation easier to understand, initially this converter does not perform any conversion and converts the input signal. It shall be output as is.

かくして、CSM分析器104で得られたn個
の角周波数情報ωiは変換器106を介して、可変
周波数発振器107−1〜107−nに供給さ
れ、これ等発振器の出力角周波数をそれぞれ指定
されたωiに設定する。また、CSM分析器104
で得られたn個の強度情報miは、同様に変換器
106を介して可変利得増幅器108−1〜10
8−nの利得制御情報として供給され、前記各発
振器107−1〜107−nの出力をそれぞれ指
定された強度miになるように設定する。
Thus, the n pieces of angular frequency information ω i obtained by the CSM analyzer 104 are supplied to the variable frequency oscillators 107-1 to 107-n via the converter 106, and specify the output angular frequencies of these oscillators, respectively. set to ω i . In addition, the CSM analyzer 104
The n pieces of intensity information m i obtained in
8-n as gain control information, and sets the output of each of the oscillators 107-1 to 107-n to a designated intensity mi .

かくして加算合成器109の出力には、CSM
で指定される振幅および周波数を有する複数の正
弦波の単純加算合成をした波形が得られる。
Thus, the output of the adder synthesizer 109 has the CSM
A waveform is obtained by simply adding and synthesizing a plurality of sine waves having the amplitude and frequency specified by .

上述の合成波形はさらに可変利得増幅器110
により、その全電力が、計測器103で得られた
電力υ0に比例するよう制御された後合成器113
に供給される。
The above composite waveform is further applied to the variable gain amplifier 110.
After the total power is controlled to be proportional to the power υ 0 obtained by the measuring device 103, the combiner 113
supplied to

一方、分析器105で得られたピツチ周期情報
は可変周波数発振器111に供給され、この発振
器111の周波数が与えられたピツチの基本周波
数になるように制御される。さらに分析器105
からの有声/無声(V/UV)情報は、V/UV
スイツチ112に供給され、有声音(V)の場合
には発振器111の出力を合成器113に供給
し、無声音(UV)の場合にはこれを断とするよ
うに制御する。
On the other hand, the pitch period information obtained by the analyzer 105 is supplied to a variable frequency oscillator 111, and the frequency of this oscillator 111 is controlled so as to become the fundamental frequency of a given pitch. Furthermore, the analyzer 105
Voiced/unvoiced (V/UV) information from V/UV
The output of the oscillator 111 is supplied to the synthesizer 113 in the case of a voiced sound (V), and is controlled to be turned off in the case of an unvoiced sound (UV).

かくして合成器113に接続された伝送路12
00には、ピツチ情報と電力制御されたCSMの
各正弦波の加算合成波形がアナログ信号の形で伝
送されるが、前述のように、この信号をそのまま
音響に変換しても何等音声として聴きとることが
できないという点で秘話性を有している。
The transmission line 12 thus connected to the combiner 113
00, the summation and synthesis waveform of the pitch information and each sine wave of the power-controlled CSM is transmitted in the form of an analog signal, but as mentioned above, even if this signal is converted directly into audio, it cannot be heard as audio. It has a confidential nature in that it cannot be taken.

さて、受信側2においては、こうして伝送され
た信号は、スペクトル分析器201でスペクトル
分析が行なわれ、前記CSMのラインスペクトル
で指定される各角周波数情報ωiと全電力で荷重さ
れた各強度情報mi′が得られ、後者は電力分離器
202において全電力情報υ0と、CSMの各正弦
波の強度情報miとに分離される。
Now, on the receiving side 2, the signal transmitted in this way is subjected to spectrum analysis by a spectrum analyzer 201, and each angular frequency information ω i specified by the line spectrum of the CSM and each intensity weighted by the total power are Information m i ' is obtained, and the latter is separated in the power separator 202 into total power information υ 0 and intensity information m i of each sine wave of the CSM.

さらにまた、前記スペクトル分析器201にお
いて、ピツチ周期情報とV/UV情報とが抽出さ
れ、上記各情報はパラメータ逆変換器203に供
給される。
Furthermore, pitch period information and V/UV information are extracted in the spectrum analyzer 201, and each of the above information is supplied to a parameter inverse converter 203.

さて、パラメータ逆変換器203は、前述の送
信側のパラメータ変換器106の逆変換を行なう
変換器であるが、前述と同様に説明を分りやすく
するために、まず、送信側のパラメータ変換器1
06が何も変換を行なわず入力信号をそのまま出
力するとしたのに対応して、パラメータ逆変換器
203も入力した信号をそのまま出力するものと
する。
Now, the parameter inverse converter 203 is a converter that performs the inverse transformation of the parameter converter 106 on the transmitting side described above, but in order to make the explanation easier to understand as before, first, the parameter converter 1 on the transmitting side
Corresponding to the case where the parameter inverse converter 203 outputs the input signal as it is without performing any conversion, it is assumed that the parameter inverse transformer 203 also outputs the input signal as it is.

かくして、スペクトル分析器201の出力であ
るCSMのn個の各波の角周波数を指定するωi(ω1
〜ωo)は、前記n個の位相リセツト機能付可変
周波数発振器204−1〜204−nの周波数制
御入力に加えられ、これらの発振器の出力角周波
数を指定された角周波数ω1〜ωoに設定する。
Thus, ω i1
~ ωo ) is added to the frequency control input of the n variable frequency oscillators with phase reset function 204-1 to 204-n, and changes the output angular frequency of these oscillators to the specified angular frequency ω1 to ωo. Set to .

また、CSMのn個の各波の強度(電力振幅)
を指定するm1〜moは、前記n個の可変利得増幅
器205−1〜205−nの利得制御端子に供給
され、これによつて各周波数の発振電力が指定さ
れた値になるように制御する。
Also, the intensity (power amplitude) of each of the n waves of CSM
m 1 to m o specifying are supplied to the gain control terminals of the n variable gain amplifiers 205-1 to 205-n, so that the oscillation power of each frequency becomes the specified value. Control.

こうして得られたn個の出力は、加算合成器2
06において加算合成が行なわれた後、次の乗算
器207に供給される。
The n outputs obtained in this way are
After addition and synthesis are performed in step 06, the signals are supplied to the next multiplier 207.

さて、スペクトル分析器201で抽出されたピ
ツチ周期データと、V/UV情報(有声音/無声
音情報)とは、それぞれパラメータ逆変換器20
3を介して、V/UV切替器209に供給され
る。
Now, the pitch period data and V/UV information (voiced sound/unvoiced sound information) extracted by the spectrum analyzer 201 are sent to the parameter inverse converter 20, respectively.
3 to the V/UV switch 209.

一方、乱数発生器212で発生された乱数が、
周期算出器211に供給され、ここで乱数の分布
幅およびその下限値が特定の値になるように変換
され、無声音時の位相リセツト時間間隔を決定す
るデータ列としてV/UV切替器209に供給さ
れる。
On the other hand, the random number generated by the random number generator 212 is
It is supplied to the period calculator 211, where it is converted so that the random number distribution width and its lower limit become specific values, and is supplied to the V/UV switch 209 as a data string that determines the phase reset time interval during unvoiced sound. be done.

かくして、スペクトル分析器201の前述の
V/UV情報が無声音(V)を指定する場合に
は、切替器209は、前述のピツチ周期データ側
を選択し、これを可変長窓関数発生器210に供
給する。またもし前述のV/UV情報が無声音
(UV)を指定する場合には切替器209は、前
述の周期算出器211の出力の確率過程で発生す
るランダムな時間間隔を表わすデータ列側を選択
し、これを前述のピツチ周期を表わすデイジタル
データ列のかわりに、窓関数発生器210に供給
する。
Thus, when the above-mentioned V/UV information of the spectrum analyzer 201 specifies unvoiced sound (V), the switch 209 selects the above-mentioned pitch period data side and sends it to the variable length window function generator 210. supply Furthermore, if the aforementioned V/UV information specifies unvoiced sound (UV), the switch 209 selects the data string side representing a random time interval generated in the stochastic process of the output of the aforementioned period calculator 211. , is supplied to the window function generator 210 instead of the digital data string representing the pitch period described above.

さて、窓関数発生器210は、位相リセツトに
よつて出力波形に生ずる不連続を除き音声波形の
もつ連続性を確保する窓関数を発生するためのも
ので、またさらにこの窓関数と密接な時間関係を
有する位相リセツト用パルスをも発生する。
Now, the window function generator 210 is for generating a window function that ensures the continuity of the audio waveform except for the discontinuity that occurs in the output waveform due to the phase reset, and furthermore, the window function A related phase reset pulse is also generated.

前述のように、窓関数発生器210には、切替
器209を介して、次次の位相リセツト用パルス
間の間隔を指定するデータ列が入力されるが、窓
関数発生器210は、このデータで指定される時
間間隔を有するインパルスを次次に発生し、これ
をライン2100を介して位相リセツト機能付可
変周波数発振器204−1〜204−nの位相リ
セツト端子に供給し、これによつてこれら発振器
の位相リセツトを行なう。
As described above, a data string specifying the interval between the next phase reset pulse is input to the window function generator 210 via the switch 209. impulses having a time interval specified by , are supplied via line 2100 to the phase reset terminals of variable frequency oscillators with phase reset function 204-1 to 204-n, thereby Performs a phase reset of the oscillator.

さて、窓関数発生器210は上述の位相リセツ
トパルスの発生と同期して下記のような可変長の
窓関数ω(x)を発生する。
Now, the window function generator 210 generates a variable length window function ω(x) as shown below in synchronization with the generation of the above-mentioned phase reset pulse.

すなわち、入力されたデータにより指定された
その時点における位相リセツト用パルス間間隔の
値をTとし、前の位相リセツト用パルスが発生し
てからの経過時間をxとすると、 ω(x)=0.5+0.5cos(πx/T) 但し 0<xT で表わされるような窓関数を発生する。この窓
関数ω(x)を第5図Aに示す。上述のTの値は、
有声音の場合にはピツチ周期を表わし、無声音の
場合には確率過程で発生する変数を表わすので、
いずれの場合にも時間とともに変化する。従つて
この窓関数ω(x)は可変長であり、上述の位相
リセツト用パルスの発生と第5図Bに示すような
相対時間関係で同期している(窓関数の開始時点
および終止時点が位相リセツト用パルスの発生時
点とほぼ一致している)。
That is, if T is the value of the interval between phase reset pulses at that point specified by the input data, and x is the elapsed time since the previous phase reset pulse was generated, then ω(x) = 0.5. +0.5cos(πx/T) However, a window function expressed as 0<xT is generated. This window function ω(x) is shown in FIG. 5A. The value of T mentioned above is
In the case of voiced sounds, it represents the pitch period, and in the case of unvoiced sounds, it represents variables that occur in stochastic processes, so
In either case, it changes over time. Therefore, this window function ω(x) has a variable length and is synchronized with the generation of the phase reset pulse described above in the relative time relationship shown in FIG. 5B (the start and end points of the window function are (This almost coincides with the time point at which the phase reset pulse is generated.)

こうして発生された窓関数は、ライン2200
を介して、乗算器207に供給される。この結
果、乗算器207において、加算合成器206で
合成された各位相リセツト用パルスごとに位相リ
セツトされるn個の正弦波形と、各位相リセツト
用パルスに同期して発生される上述の窓関数ω
(x)との積が得られる。こうして得られる波形
は、各正弦波が、位相リセツトされる直前で窓関
数ω(x)の乗算により連続的に0に収束されて
おり、また位相リセツト時点では各正弦波は0か
ら立ち上るので波形の連続性が確保され、かくし
て窓関数ω(x)の乗算により位相リセツト波形
に生ずる不連続性を除くことができる。
The window function thus generated is shown on line 2200
is supplied to multiplier 207 via. As a result, the multiplier 207 generates n sine waveforms whose phase is reset for each phase reset pulse synthesized by the adder synthesizer 206, and the above-mentioned window function generated in synchronization with each phase reset pulse. ω
(x) is obtained. The waveform obtained in this way is such that each sine wave is continuously converged to 0 by multiplication by the window function ω(x) just before the phase is reset, and each sine wave rises from 0 at the time of the phase reset, so the waveform is The continuity of the phase reset waveform is ensured, and thus the discontinuity that occurs in the phase reset waveform can be removed by multiplication by the window function ω(x).

不連続性を除かれた乗算器207の出力は、次
の乗算器208に供給され、ここで電力分離器2
02によつて分離された、送信側1から送られた
各フレームの電力情報υ0によつて加重され、合成
音声としてライン2000から出力される。
The output of the multiplier 207 from which the discontinuity has been removed is supplied to the next multiplier 208, where the power separator 2
It is weighted by the power information υ 0 of each frame sent from the transmitter 1, separated by 02, and output on line 2000 as synthesized speech.

以上に説明したように、本実施例の受信側2に
おいては、前述した音声合成に必要なCSM音声
合成が実行され、この結果、伝送路1200上で
は秘匿されていた送信側1に入力した原音声の再
現が良好な音質をもつて行なわれることになる。
As explained above, on the receiving side 2 of this embodiment, the CSM speech synthesis necessary for the above-mentioned speech synthesis is executed, and as a result, the original input to the transmitting side 1, which was hidden on the transmission path 1200, is Sound reproduction will be performed with good sound quality.

なお、以上の説明においては、送信側1のパラ
メータ変換器106と、受信側2のパラメータ逆
変換器203とは、入力データをそのまま出力側
に出力し、何等変換を行なわないものとして説明
した。勿論これでも、前述したように、伝送路上
における秘話性は保たれる。
In the above description, the parameter converter 106 on the transmitting side 1 and the parameter inverse converter 203 on the receiving side 2 output the input data as is to the output side and do not perform any conversion. Of course, even in this case, confidentiality on the transmission path is maintained as described above.

すなわち、このような、送信側1におけるパラ
メータ変換器106と受信側2におけるパラメー
タ逆変換器203とは全く省略して秘話装置を構
成することもできる。
That is, it is also possible to configure a confidential communication device by completely omitting the parameter converter 106 on the transmitting side 1 and the parameter inverse converter 203 on the receiving side 2.

しかし、さらに高度の秘話性を得るためには、
パラメータ変換器106でパラメータ変換を行な
い、パラメータ逆変換器203でこれの逆変換を
行なつて、パラメータ変換器106に入力する各
データがパラメータ逆変換器203の出力側で得
られるようにすればよい。
However, in order to obtain a higher degree of confidentiality,
If the parameter converter 106 performs parameter conversion, and the parameter inverse converter 203 performs inverse conversion, each data input to the parameter converter 106 can be obtained at the output side of the parameter inverse converter 203. good.

パラメータ変換例としてはCSM周波数データ
の分布範囲を一定の比率で変換することを実施す
る。a,θを定数として ω′i=a・ωi+θ(i=1,2,……N) といつた簡単な変換を用いることができる。な
お、0<a<1の場合には、音声の帯域圧縮伝送
効果もある。受信側での変換は ωi=(ω′i−θ)/a(i=1,2,……N) で行なえる。
As an example of parameter conversion, the distribution range of CSM frequency data is converted at a constant ratio. A simple transformation such as ω′ i =a·ω i +θ (i=1, 2, . . . N) can be used, where a and θ are constants. Note that when 0<a<1, there is also an audio band compression transmission effect. Conversion on the receiving side can be performed as ω i =(ω′ i −θ)/a (i=1, 2, . . . N).

さらにまた、以上に説明した実施例において
は、送信側1からピツチ周波数情報を伝送するも
のとしたが、このかわりに以下のようにして送信
側1からのピツチ周波数情報の伝送を省略するこ
ともできる。
Furthermore, in the embodiment described above, the pitch frequency information is transmitted from the transmitting side 1, but instead, the transmission of the pitch frequency information from the transmitting side 1 may be omitted as follows. can.

すなわち、音声には、音声エネルギが大きいと
きにピツチ周波数が高くなり、音声エネルギが小
さいときにはピツチ周波数が低くなるという性質
があるのを利用して、経験的に音声エネルギとピ
ツチ周波数との対応テーブルを作成する。そして
送信側1から伝送される全音声電力情報からこの
対応テーブルを用いてピツチ周期を生成する擬似
ピツチ周期発生手段を受信側2に設け、これによ
り発生された擬似ピツチ周期を受信側2で用いる
ようにして、送信側からのピツチ周波数情報の伝
送を省略することもできる。
In other words, by utilizing the property of voice that the pitch frequency increases when the voice energy is large and the pitch frequency decreases when the voice energy is small, we empirically created a correspondence table between voice energy and pitch frequency. Create. Then, the receiving side 2 is provided with a pseudo-pitch period generating means that generates a pitch period from the total audio power information transmitted from the transmitting side 1 using this correspondence table, and the pseudo-pitch period generated thereby is used on the receiving side 2. In this way, transmission of pitch frequency information from the transmitting side can be omitted.

次に、位相リセツト機能付可変周波数発振器2
04の回路例を第6図に示す。周波数制御端子2
041に加わる電圧によつて、定電流電源204
2および2043に流れる容量2044に対する
充放電電流値を制御し、これによつて発振周波数
を可変とする。υ点の発振電圧波形は基準電圧の
+Vrと−Vrとの間を直線的に上下する三角波形
となる位相リセツト端子2045にインパルスを
加えると、υ点は瞬間的に接地されて、強制的に
0電位に引き戻され、そこから発振を再スタート
して位相リセツトが行なわれる。このυ点の三角
波発振出力を正弦波変換器2046に入力して正
弦波に変換して端子2047より出力し、これを
発振器204の出力として用いる。正弦波変換器
2046は例えばROMに格納したサイン関数値
を入力波形で読出す等の方法により容易に実現で
きる。
Next, variable frequency oscillator 2 with phase reset function
An example of the circuit of No. 04 is shown in FIG. Frequency control terminal 2
041, the constant current power supply 204
2 and 2043, and thereby the oscillation frequency is made variable. The oscillation voltage waveform at the υ point is a triangular waveform that linearly rises and falls between the reference voltage +Vr and -Vr.When an impulse is applied to the phase reset terminal 2045, the υ point is momentarily grounded and forced to The potential is pulled back to 0, and oscillation is restarted from there to perform a phase reset. The triangular wave oscillation output at the υ point is input to a sine wave converter 2046, converted to a sine wave, outputted from a terminal 2047, and used as the output of the oscillator 204. The sine wave converter 2046 can be easily realized, for example, by reading out a sine function value stored in a ROM using an input waveform.

またこのような位相リセツト機能付可変周波数
発振器は計算器のプログラムを用いて実現するこ
とも容易である。
Further, such a variable frequency oscillator with a phase reset function can be easily realized using a computer program.

次に可変利得増幅器205の回路例を第7図に
示す。増幅すべき信号を端子2051に加え、制
御信号を端子2052に加えることによつて負帰
還量を制御し出力端子2053に制御された振幅
を有する出力を得る。
Next, a circuit example of the variable gain amplifier 205 is shown in FIG. By applying a signal to be amplified to a terminal 2051 and a control signal to a terminal 2052, the amount of negative feedback is controlled, and an output having a controlled amplitude is obtained at an output terminal 2053.

またこのほかに、アナログ乗算器を用いて実現
することもできるし、またD/A変換器の基準電
圧にアナログ波形入力を用い、デイジタル入力に
デイジタル量で表現された制御情報を用いる等の
方法によつても容易に実現することができる。
In addition, it can also be realized by using an analog multiplier, or by using an analog waveform input as the reference voltage of the D/A converter and using control information expressed in digital quantities as the digital input. This can also be easily realized by

可変利得増幅器108および110も同様な方
法で実現できる。
Variable gain amplifiers 108 and 110 can be implemented in a similar manner.

次に乱数発生器212の一回路例を第8図に示
す。15段のシフトレジスタ2121と1個の半加
算器2112とにより215−1の周期を有する15
次のM系列の擬似乱数を発生する。必要な時点で
クロツク端子2123にシフトパルスを加えるこ
とにより次の乱数値が得られる。
Next, an example of a circuit of the random number generator 212 is shown in FIG. The 15-stage shift register 2121 and one half adder 2112 have a period of 2 15 -1.
Generate the next M series of pseudo-random numbers. The next random value is obtained by applying a shift pulse to clock terminal 2123 at the required time.

次に周期算出器211のブロツク図を第9図A
に示す。これは上述の乱数発生器212から出力
される0から215−1の範囲に一様に分布してい
る乱数を、無声音時の位相リセツト用パルスの時
間間隔を指定する乱数として用いるのに適した分
布に変換するもので、定数乗算器2121と定数
加算器2122よりなる。これによつて、第9図
Bに示すように、乱数の分布幅Dと下限値Lとを
適当な値に設定することができる。
Next, the block diagram of the period calculator 211 is shown in FIG. 9A.
Shown below. This is suitable for using the random numbers uniformly distributed in the range of 0 to 2 15 -1 output from the random number generator 212 described above as random numbers for specifying the time interval of the phase reset pulse during unvoiced speech. It is made up of a constant multiplier 2121 and a constant adder 2122. Thereby, as shown in FIG. 9B, the random number distribution width D and the lower limit L can be set to appropriate values.

次に窓関数発生器210の一実施例を第10図
に示す。これは、レジスタ2101、プリセツト
可能なダウンカウンタ2102、カウンタ210
3、読出し専用メモリ(ROM)2104を含ん
でいる。切替器209から供給された位相リセツ
ト用パルス間隔を指定するデータTは、レジスタ
2101に格納される。ダウンカウンタ2102
は一定周期の高速クロツクCLKをカウントする
カウンタで、まず、レジスタ2101の内容Tを
プリセツトし、これをクロツクCLKを用いてダ
ウンカウントする。カウンタ2102の内容が0
になると出力端子よりパルスを発生し、これによ
り再びレジスタ2101の内容をプリセツトして
この値のダウンカウントを開始する。かくしてダ
ウンカウンタ2102の出力2102−1にはT
に比例した周期(例えばT/k)をもつパルス列
が発生する。このパルス列はカウンタ2103の
クロツクとして加えられる。このクロツクで歩進
されるカウンタ2103のカウント出力2103
−1はROM2104にアドレス指定信号として
加えられ、そこに書き込まれている窓関数ω(x)
のデータを順番に読出してライン2200に出力
する。カウンタ2103の内容がkになると、
ROM2104の最後のデータが読出されてライ
ン2100にリセツトパルスを出力する。このリ
セツトパルスは、発振器204−1〜204−n
の位相リセツト用端子に供給される前述の位相リ
セツト用パルスとして用いられるとともに、レジ
スタ2101に次の入力データをセツトするため
に用いられる。かくして、パルス間間隔がつぎつ
ぎに指定された値をもつ位相リセツト用パルス
と、これと第5図Bに示すように同期された可変
長の窓関数ω(x)とが生成される。
Next, an embodiment of the window function generator 210 is shown in FIG. This includes a register 2101, a presettable down counter 2102, and a counter 210.
3. Contains read-only memory (ROM) 2104. Data T specifying the phase reset pulse interval supplied from the switch 209 is stored in the register 2101. Down counter 2102
is a counter that counts the high-speed clock CLK of a constant period. First, the content T of the register 2101 is preset, and this is counted down using the clock CLK. The content of counter 2102 is 0
When this happens, a pulse is generated from the output terminal, which presets the contents of the register 2101 again and starts counting down this value. Thus, the output 2102-1 of the down counter 2102 has T.
A pulse train having a period proportional to (for example, T/k) is generated. This pulse train is added as a clock to counter 2103. Count output 2103 of counter 2103 incremented by this clock
-1 is added to the ROM2104 as an address designation signal, and the window function ω(x) written there
data are read out in order and output on line 2200. When the contents of the counter 2103 reach k,
The last data in ROM 2104 is read and outputs a reset pulse on line 2100. This reset pulse is generated by the oscillators 204-1 to 204-n.
It is used as the aforementioned phase reset pulse supplied to the phase reset terminal of the register 2101, and is also used to set the next input data in the register 2101. In this way, phase reset pulses whose interpulse intervals have successively specified values and a variable length window function ω(x) synchronized with these pulses as shown in FIG. 5B are generated.

最後にCSM分析について説明する。 Finally, I will explain CSM analysis.

前述のように、CSM分析は、各分析フレーム
毎に、表現されるべき音声波形から直接算出され
る標本自己相関係数のN個の低次のタツプ値と、
合成波(n個の正弦波の和)のN個の低次のタツ
プ値とが一致するように、合成すべき各正弦波の
角周波数ωiとその強度(電力振幅)miとを決定す
ることである。
As mentioned above, CSM analysis uses, for each analysis frame, N low-order tap values of sample autocorrelation coefficients calculated directly from the speech waveform to be represented;
Determine the angular frequency ω i of each sine wave to be synthesized and its intensity (power amplitude) m i so that the N low-order tap values of the synthesized wave (sum of n sine waves) match. It is to be.

今、合成波のタツプlの自己相関係数をγlとす
ると、前述のように γloi=1 micoslωi となる。
Now, if the autocorrelation coefficient of tap l of the composite wave is γ l , then as mentioned above, γ l = oi=1 m i coslω i .

一方、表現されるべき音声波形のサンプルXt
から、あるフレームの、タツプlの標本自己相関
係数υlは υl=1/MM-1t=l XtXt-l …(1) である。
On the other hand, the sample of the audio waveform to be represented X t
Therefore, the sample autocorrelation coefficient υ l of tap l in a certain frame is υ l =1/M M-1t=l X t X tl (1).

これより γl=υl…(2) l=0,1,2,……N 但しN=2n−
1とすると下記のマトリツクス表現が得られる。
From this, γ ll …(2) l=0, 1, 2, …N where N=2n−
If it is set to 1, the following matrix expression will be obtained.

しかし上式は、ωiおよびmiが未知のため単純な
行列演算では解けない。そこで、 wi=cos-1xi …(4) とおき、 coslwi=coslcos-1xi≡Tl(xi) …(5) の置換を行なう。このTl(x)はTchebycheff(チ
エビシエフ)の多項式である。この置換を行なう
と(3)式は次のように変換される。
However, the above equation cannot be solved by simple matrix operations because ω i and m i are unknown. Therefore, we set w i = cos -1 x i ...(4) and perform the substitution coslw i = coslcos -1 x i ≡Tl(x i ) ...(5). This Tl(x) is a Tchebycheff polynomial. When this substitution is performed, equation (3) is converted as follows.

ところが、一般にxlはT0(x),T1(x)……Tl
(x)の線形結合として表わすことができる。
However, in general, x l is T 0 (x), T 1 (x)...T l
It can be expressed as a linear combination of (x).

すなわち xllj=0 S(l) jTj(x) …(7) 但しS(l) jは逆Tchebycheii(チエビシエフ)係数
である。
That is, x l = lj=0 S (l) j Tj (x) ...(7) where S (l) j is the inverse Tchebycheii coefficient.

このS(l) jを用いて、前述の標本自己相関係数υj
の線形結合Alを下式のように定義する。
Using this S (l) j , the sample autocorrelation coefficient υ j
Define the linear combination A l as shown below.

Allj=0 S(l) jυj …(8) 但しl=0,1,2,……,2n−1 こうすると、(6)式の左辺および右辺にそれぞれ
(7)式および(8)式の関係を用いることにより、下記
の関係式が成立する。
A l = lj=0 S (l) j υ j …(8) However, l=0, 1, 2, …, 2n−1 Then, on the left and right sides of equation (6), respectively
By using the relationships of equations (7) and (8), the following relational expression is established.

さて、ここで、x1,x2,……,xoに零点をもつ
n次の多項式 Pn(x)≡oK=0 p(n) kxko Πi=1 (x−xi) を定義し、このPn(x)を用いて(9)式の左辺と似
た式の oi=1 miPn(xi)xl i を作りこれを検討してみる。上式が0であること
は明らかであるが、さらにこれは次のように変え
ることができる。
Now , here, the nth degree polynomial Pn( x )≡ oK =0 p (n) k x k = o Π i=1 (x− x i ), and using this Pn(x), create oi=1 m i Pn(x i ) x l i , which is similar to the left side of equation (9), and examine this. It is clear that the above formula is 0, but it can be further changed as follows.

0=oi=1 miPn(xi)xl ioi=1 mioK=0 p(n) kxk+l ioK=0 p(n) koi=1 mixk+l ioK=0 p(n) kAk+l 以上より、l=0,1,2,……nとして下式
が得られる。
0 = oi=1 m i Pn(x i ) x l i = oi=1 m ioK=0 p (n) k x k+l i = oK=0 p (n) koi=1 m i x k+l i = oK=0 p (n) k A k+l From the above, the following formula is obtained with l=0, 1, 2,...n.

しかるにp(n) o=1であるから が成立する。左辺のAiでできるマトリクスは一般
にHankel(ハンケル)行列と呼ばれているもので
ある。前述のように各Aiは、表現すべき音声波形
の標本自己相関係数υjから(8)式により与えられる
もので既知である。
However, since p (n) o = 1 holds true. The matrix formed by A i on the left side is generally called the Hankel matrix. As described above, each A i is given by equation (8) from the sample autocorrelation coefficient υ j of the speech waveform to be expressed and is known.

従つて(10)式で解くことにより、p(n) 0,p(n) 1,……
p(n) o-1の値を求めることができる。
Therefore, by solving equation (10), p (n) 0 , p (n) 1 , ...
The value of p (n) o-1 can be found.

この各p(n) iが求めると、n次方程式 Po(x)=xn+p(n) o-1xn-1+……p(n) 0=0 の解として{x1,x2……,xo}が求められる。 When each p (n) i is found, the solution to the n-dimensional equation P o(x) = x n + p (n) o-1 x n-1 +... p (n) 0 = 0 is {x 1 , x 2 ..., x o } is found.

これにより各CSM周波数ωiは(4)式の ωi=cos-1xi より求められ、またCSM強度miは(9)式より導か
れる下式を用いて求められる。
As a result, each CSM frequency ω i is obtained from ω i =cos −1 x i in equation (4), and the CSM intensity m i is obtained using the following equation derived from equation (9).

なお、上式の左辺の行列は一般にVan der
Mon−de(フアンデルモンデ)行列と呼ばれてい
るものである。
Note that the matrix on the left side of the above equation is generally Van der
This is called the Mon-de (Juander Monde) matrix.

以上をまとめると、CSM分析の分析アルゴリ
ズムは以下のようになる。
To summarize the above, the analysis algorithm for CSM analysis is as follows.

(1) 標本自己相関係数を計算する。(1) Calculate the sample autocorrelation coefficient.

υl=1/MM-1t=l XtXt-l (2) 逆チエビシエフ係数を用いてAlを定義する。 υ l =1/M M-1t=l X t X tl (2) Define A l using the inverse Tievisiev coefficient.

Allj=0 S(l) jυj (3) AlによるHankel(ハルケン)行列方程式を解
いてp(n) iを求める。
A l = lj=0 S (l) j υ j (3) Solve the Hankel matrix equation by A l to find p (n) i .

(4) p(n) iを係数としてもつn次代数方程式を解い
てn個のxiを求める。
(4) p (n) Find n x i by solving an n-dimensional algebraic equation with i as a coefficient.

po(x)≡xn+p(n) o-1xn-1+p(n) o-2xn-2+……+ p(n) 1x+p0=0 (5) cos逆変換を行なつてCSM角周波数{ωi}を
求める。
p o(x) ≡x n +p (n) o-1 x n-1 +p (n) o-2 x n-2 +……+ p (n) 1 x+p 0 =0 (5) Cos inverse transformation Then, the CSM angular frequency {ω i } is obtained.

ωi=cos-1xi (6) Vander Monde(フアンデルモンデ)行列方
程式を解いてCSM強度{mi}を求める。
ω i =cos -1 x i (6) Solve the Vander Monde matrix equation to find the CSM intensity {m i }.

以上の各ステツプを実行することによりCSM
の各角周波数{ω1,ω2……ωo}および各波の強
度{m1,m2,……mo}を求めることができる。
By performing each of the above steps, CSM
Each angular frequency {ω 1 , ω 2 ...ω o } and the intensity of each wave {m 1 , m 2 , ... m o } can be determined.

なお、上述のHankel(ハンケル)行列方程式の
能率的解法として、初期条件を与えて逐次的に解
を求める方法が知られている。
Note that, as an efficient method for solving the above-mentioned Hankel matrix equation, a method is known in which initial conditions are given and solutions are sequentially obtained.

また、上記n次の代数方程式は実根のみを有す
ることが証明されているため、ニユートン・ラプ
ソンの方法等を用いて根を求めることができる。
Furthermore, since it has been proven that the above nth-order algebraic equation has only real roots, the roots can be found using the Newton-Raphson method or the like.

さらに、上記Van der Monde(フアンデルモ
ンデ)行列方程式の能率的解法として三角行列化
を行なつて順次に解を求める方法を用いることが
できる。
Furthermore, as an efficient method for solving the Van der Monde matrix equation, a method can be used in which triangular matrixing is performed and solutions are sequentially obtained.

以上に述べたCSM分析において、本実施例で
は、標本自己相関係数とCSMの自己相関係数と
を等しいとする方程式を解く方法を用いたが、こ
のかわりに、LPC係数の無損失化による線スペ
クトル周波数の算出および留数計算による方法を
用いることもできる。
In the CSM analysis described above, this example uses a method of solving an equation in which the sample autocorrelation coefficient and the CSM autocorrelation coefficient are equal. A method based on line spectral frequency calculation and residue calculation can also be used.

また本実施例においては、特定の関数形をもつ
可変長窓関数を用いたが、この関数形は一例を示
したもので、他の関数形が用いられることも明ら
かである。
Further, in this embodiment, a variable length window function having a specific function form is used, but this function form is merely an example, and it is clear that other function forms may be used.

さらに乱数発生器、周期算出器等も一例を示し
たものでこれに限定される必要はない。
Furthermore, the random number generator, period calculator, etc. are also shown as examples, and there is no need to be limited thereto.

なお、以上の実施例においてはCSMの各正弦
波の強度(電力振幅)を指定する量としてmi
用いて説明したが、実際の可変利得増幅器を制御
する信号としては振幅に比例する√iを用いて
行なつてもよいことは明らかである。
In the above embodiments, m i was used as the quantity specifying the intensity (power amplitude) of each sine wave of the CSM, but as a signal that actually controls the variable gain amplifier, √ i which is proportional to the amplitude is used. It is clear that this can also be done using

(発明の効果) 以上述べたように本発明を用いると、CSMに
よる音声分析合成の原理に基づいて、アナログ信
号伝送を行なう新らしい型の秘話装置を提供でき
る。この秘話装置は伝送路の品質に対する要求が
比較的低い、また高い秘話性を付与することが可
能であるという特徴を有している。
(Effects of the Invention) As described above, by using the present invention, it is possible to provide a new type of confidential communication device that transmits analog signals based on the principle of speech analysis and synthesis using CSM. This privacy device is characterized by having relatively low requirements for the quality of the transmission path and being able to provide high privacy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はCSMパラメータによる音声特徴ベク
トルパターンの一例を示す図、第2図はCSMラ
インスペクトルと、同一音声サンプルにより求め
たLPCスペクトル包絡との対応例を示す図、第
3図Aは拡散されたCSMのスペクトル包絡とピ
ツチの微細構造とを示す図、第3図Bは単純加算
しただけのCSMスペクトルを示す図、第4図は
本発明の一実施例を示すブロツク図、第5図Aは
可変長窓関数の関数形を示す図、第5図Bは前記
可変長窓関数と位相リセツト用パルスとの相対時
間関係を示す図、第6図は位相リセツト機能付可
変周波数発振器の一回路例を示す図、第7図は可
変利得増幅器の一回路例を示す図、第8図は乱数
発生器の一回路例を示す図、第9図Aは周期算出
器のブロツク図、第9図Bは前記周期算出器の出
力の乱数分布を示す図および第10図は可変長窓
関数発生器の一例を示すブロツク図である。 図において、1……送信側、2……受信側、1
01……A/D変換器、102……ハミング窓処
理器、103……自己相関係数計測器、104…
…CSM分析器、105……ピツチ・V/UV分析
器、106……パラメータ変換器、107−1〜
107−n……可変周波数発振器、108−1〜
108−n……可変利得増幅器、109……加算
合成器、110……可変利得増幅器、111……
可変周波数発振器、112……V/UVスイツ
チ、113……加算合成器、201……スペクト
ル分析器、202……電力分離器、203……パ
ラメータ逆変換器、204−1〜204−n……
位相リセツト機能付可変周波数発振器、205−
1〜205−n……可変利得増幅器、206……
加算合成器、207……乗算器、208……乗算
器、209……V/UV切替器、210……可変
長窓関数発生器、211……周期算出器、212
……乱数発生器。
Figure 1 is a diagram showing an example of a speech feature vector pattern based on CSM parameters, Figure 2 is a diagram showing an example of the correspondence between a CSM line spectrum and an LPC spectrum envelope obtained from the same audio sample, and Figure 3A is a diagram showing an example of a speech feature vector pattern based on CSM parameters. FIG. 3B is a diagram showing the CSM spectrum obtained by simple addition. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a diagram showing the functional form of the variable length window function, FIG. 5B is a diagram showing the relative time relationship between the variable length window function and the phase reset pulse, and FIG. 6 is a circuit of a variable frequency oscillator with a phase reset function. 7 is a diagram showing an example of a variable gain amplifier circuit, FIG. 8 is a diagram showing an example of a random number generator circuit, FIG. 9A is a block diagram of a period calculator, FIG. B is a diagram showing the random number distribution of the output of the period calculator, and FIG. 10 is a block diagram showing an example of a variable length window function generator. In the figure, 1...sending side, 2... receiving side, 1
01... A/D converter, 102... Hamming window processor, 103... Autocorrelation coefficient measuring device, 104...
...CSM analyzer, 105...Pitzchi V/UV analyzer, 106...Parameter converter, 107-1~
107-n...Variable frequency oscillator, 108-1~
108-n...variable gain amplifier, 109...addition combiner, 110...variable gain amplifier, 111...
Variable frequency oscillator, 112... V/UV switch, 113... Addition combiner, 201... Spectrum analyzer, 202... Power separator, 203... Parameter inverter, 204-1 to 204-n...
Variable frequency oscillator with phase reset function, 205-
1 to 205-n...variable gain amplifier, 206...
Addition synthesizer, 207... Multiplier, 208... Multiplier, 209... V/UV switch, 210... Variable length window function generator, 211... Period calculator, 212
...Random number generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 音声通信の秘話化を行なう秘話装置に於い
て、 CSM分析手段と、前記手段により算出された
CSM周波数データに限つて分布範囲を一定の比
率で変換する手段と、前記変換されたCSMデー
タによつて指定される周波数と振幅とをもつ複数
の正弦波の加算合成波形を発生するCSMスペク
トル発生手段とを有する送信側と、 前記送信側からの信号のスペクトル分析を行な
い前記加算合成された複数の各正弦波の周波数お
よび振幅を指定する各パラメータを抽出するスペ
クトルパラメータ抽出手段と、前記抽出されたパ
ラメータを前記送信側に於ける変換の逆変換を行
なう手段と、前記逆変換されたパラメータの指定
する各周波数に設定される複数の位相リセツト機
能付可変周波数発振器と、これに対応して前記各
位相リセツト機能付可変周波数発振器の出力を前
記抽出されたパラメータの指定する振幅に設定す
る可変利得増幅器と、可変長窓関数発生器と、乱
数発生器とを備え、有声音を合成する場合にはピ
ツチ周期に対応して前記各位相リセツト機能付可
変周波数発振器の位相リセツトを行ない、無声音
を合成する場合には前記乱数発生器の出力の乱数
より算出される分布幅と下限値とを設定された周
期に対応して前記各位相リセツト機能付可変周波
数発振器の位置リセツトを行ない、前記可変長窓
関数発生器で発生される始点が1かつ終点が0で
あり連続性を有する可変長の窓関数の開始時点お
よび終止時点が上記位相リセツトの時点とほぼ一
致するようにした受信側と を有することを特徴とする秘話装置。
[Claims] 1. In a privacy device that privatizes voice communication, a CSM analysis means and a data calculated by the means are provided.
means for converting the distribution range at a constant ratio only for CSM frequency data; and a CSM spectrum generator for generating an additive composite waveform of a plurality of sine waves having a frequency and amplitude specified by the converted CSM data. spectral parameter extraction means for performing spectral analysis of the signal from the transmitting side and extracting each parameter specifying the frequency and amplitude of each of the plurality of sine waves that have been added and synthesized; a plurality of variable frequency oscillators with phase reset functions set to respective frequencies designated by the inversely transformed parameters; A variable gain amplifier that sets the output of each variable frequency oscillator with a phase reset function to an amplitude specified by the extracted parameter, a variable length window function generator, and a random number generator, and is used when synthesizing voiced sound. resets the phase of each of the variable frequency oscillators with a phase reset function in accordance with the pitch period, and when synthesizing unvoiced sounds, sets the distribution width and lower limit calculated from the random numbers output from the random number generator. The position of each variable frequency oscillator with a phase reset function is reset in accordance with the cycle, and the variable length window function generated by the variable length window function generator has a starting point of 1 and an ending point of 0 and has continuity. a receiving side, the start and end times of which substantially coincide with the time of the phase reset.
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