JPH0728274B2 - 秘話装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は秘話装置に関し、特に時間領域の入力音声を時
間窓で切出したうえ直交交換によって一旦これを周波数
領に変換したうえさらに周波数入替（スクランブル）を
行なって秘話化を図ってから再度時間領域に変換して送
信側から受信側に送出し、受信側では入替た周波数を復
旧（デスクランブル）して秘話化を解除しつつ秘話通信
を行なうアナログ型の秘話装置の再生音質の改善に関す
る。

〔従来の技術〕

入力音声信号を時間窓で切出し、たとえばフーリエ変
換、あるいはDCT（Discrete Cosine Transform）等によ
る直交効果を利用して時間領域から周波数領域のデータ
に変換したうえこの周波数を予め設定する変換手段で次
次に入替えつつ再び時間領域の秘話化波形として送信側
から受信側に送出して秘話通信を行なうアナログ型の秘
話装置はよく知られており多くの利用分野で多用されつ
つある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来のこの種の秘話装置には次のような欠
点がある。

すなわち、処理フレーム境界での接続性が悪くてフレー
ム周期に対応した低周波ノイズを発生し易く、また高度
の秘話化に不可欠な送受信側間のフレーム同期を通常独
立同期に依存しており、このため長時間の通話では同期
くづれが起り再生音質が大幅に劣化するという欠点があ
る。

本発明の目的も上述した欠点を除去し再生音質の改善を
図った秘話装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、入力音声信号を時間窓で切出したうえ
直交交換によって時間領域データを周波数領域データに
変換しさらに周波数入替を行ったのち時間領域データに
再変換した秘話化波形を送信側から受信側に送信信号と
して送出する秘話装置であって、入力音声信号を切出す
時間窓と位相の一致する基準正弦波信号を送信信号に加
算して送出せしめる基準正弦波信号加算手段と、時間領
域データを周波数領域データに変換したあと再び時間領
域データに変換する過程において標本化周波数を予め設
定した周波数よりも高い周波数に変更して送信信号を送
出せしめる標本化周波数変更手段とを備えて構成され
る。

〔実施例〕 次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。第１図は
本発明の一実施例を示すブロック図であり、第１図は本
発明のすべての構成手段を含む秘話装置を対象とする場
合を例としてその一実施例を示すものである。

第１図に示す一実施例の構成は送信側１および受信側２
を備えて構成され、さらに送信側１はA/Dコンバータ10
1,窓切出器102,DFT（Discrete Fourier Transform）回
路103,乱数発生器104,初期値設定器105,切替器106,周波
数入替器107,IDFT（Inverse DFT）回路108,窓掛器109,D
/Aコンバータ110等を備えて構成される。

また受信側２は、初期値受信器201,A/Dコンバータ202,
窓掛器203,切出位置決定器204,フレーム同期器205,DFT
回路206,乱数発生器207,基準周波数除去器208,周波数入
替器209,IDFT回路210,窓接続器211,D/Aコンバータ212を
備えて構成される。

A/Dコンバータ101は入力音声信号を受けるとこれを所定
の周波数帯域300〜2700Hzにフィルタリングしたうえ、
標本化周波数6KHzでサンプリングしたあと所定のビット
数12ビットで量子化し、この量子化音声データを窓切出
器102に供給する。

窓切出器102は入力した量子化音声データを所定の時間
分ずつ、本実施例の場合は42.7mSEC,256サンプルずつを
矩形関数を利用する窓関数との乗算によって次次に切出
しつつDFT回路103に供給し、従って42.7mSECがフレーム
周期となる。

DFT回路103はこうして入力するフレーム周期ごとの量子
化音声データの離散的フーリエ変換を行なって直交交換
を実施し時間領域データから周波数領域データに変換し
これを周波数入替器107に供給する。

周波数入替器107はフレーム周期ごとに入力する周波数
領域データの周波数入替と、フレーム周期すなわち時間
窓と位相を一致せしめた基準正弦波信号の印加とを行な
う。このうち、周波数入替は乱数発生器104から受ける
乱数コードの内容に対応してフレーム周期ごとに次次に
異る周波数を付与する形式で行なわれる。この乱数コー
ドはフレーム周期42.7mSECと同じ時間長で次次と形成さ
れる乱数符号列で、予め設定するキー信号で形成乱数の
フレーム周期ごとのコード歩進パターンが規制され、従
って周波数入替器107にはフレーム周期で次次に変化す
る乱数符号列としての乱数コードが提供され、これに対
応した周波数がフレーム周期ごとに原信号の周波数と入
替えて付与される。

周波数入替器107はさらに、周波数入替後の信号に対し
て時間窓すなわちフレーム周期と同期がとれた基準正弦
波信号を印加する。この目的は後述するように受信側２
における同期検出を容易ならしめるためである。

時間窓と同期のとれた正弦波信号は、本実施例の場合時
間窓長すなわちフレーム周期42.7mSECの逆数1/（42.7×
10^-3）で表わされる周波数約23.4375Hzの正の整数倍、2
3.4375×Ｎ（Hz）（Ｎ＝1,2,…）である。同期検出精度
等の条件を勘案して予め設定するＮによるこの基準正弦
波信号が周波数入替後の信号にフレーム周期と同期して
印加されることとなる。本実施例ではこのように周波数
入替後に印加しているが、これを周波数入替前に印加す
る形式とすることも容易に実施しうることは明らかであ
る。

こうして周波数入替と基準正弦波信号の印加を行なった
のち周波数入替器107の出力はIDFT回路108に供給され、
これによって再び時間領域データに変換される。ただし
この時間領域データへの変換による波形再組立に際して
は第１図に示す如く42.7mSEC,256サンプルのフレーム周
期の前後に40サンプル分ずつの時間域が付与された波形
組立形式がとられる。付与された40サンプル分の時間
は、これによって送信を間けつ送信形式として受信側に
おける同期受信を連続送信形式よりも著しく容易にする
とともに、この間けつ送信形式をとるために発生する送
信信号の前後の急峻な立上りと立下りの変化を抑圧して
緩やかな波形とする時間に利用し間けつ送信にもとづく
使用周波数の増大を抑圧を図るために利用されている。
こうして使用周波数の限定されている運用環境下でも使
用周波数の増大による歪発生を抑圧して間けつ送信を実
施することができる。またこの時間は標本化周波数の変
換を介して用意される。

IDFT回路108の出力は、次に窓掛器109に供給され予め設
定する窓関数波形、たとえばガウス波形あるいはcosine
自乗波形等の１部分を利用しこれを乗算する形式で窓掛
けされる。この窓掛の目的は256サンプル分の時間領域
データの前後端が急峻な立上り立下りによる不連続にな
らず、40サンプル分の時間にわたって第１図に示す如く
緩やか変化するようにさせるためである。

この窓掛器109の出力はD/Aコンバータ110に供給されア
ナログ量の秘話信号として切替器106を介して伝送路に
送出されるが、D/Aコンバータ110におけるアナログ化で
は、その標本化周波数が8KHzに変換される。この結果6K
Hzの標本化周波数で処理されてきた42.7mSECのフレーム
周期は256サンプルから336サンプルのデータを包含しう
ることとなってその分だけフレーム周期の前後が空く間
けつ送信の形式となり、この間隙量80センプル分を利用
してこれを前述したダミー時間に40サンプル分ずつ振分
けて割当て256サンプルの秘話化信号の前後を緩やかに
変化せしめる部分の伝送時間帯として利用する。

切替器106は初期値設定器105の出力を秘話装置の運用開
始時を含み必要な都度受信側２の初期値受信器201とA/D
コンバータ202とに供給するように切替る。

初期値設定器105は送信側１の乱数発生器104の発生乱数
初期値と、受信側２の乱数発生器207の発生乱数初期値
を一致させるため両乱数発生用のクロックの初期時間合
せを行なう所定の形式の初期値を発生する。

さて、D/Aコンバータ110から伝送路に送出されるバース
ト状波形のアナログ秘話信号は本発明の２つの基本的処
理手段、すなわち基準正弦波信号加算手段と標本化周波
数変更手段を利用して秘話化された入力音声信号がさら
にフレーム周期ごとに送出されるものであり、伝送路を
介して受信側２のA/Dコンバータ202と初期値受信器201
に供給される。こうして初期値受信器201とA/Dコンバー
タ202には初期値設定器105とD/Aコンバータ110の出力と
が供給されるが初期値受信器201は初期値設定器105の出
力を、またA/Dコンバータ202はD/Aコンバータ110の出力
を選択受信するように動作する。

A/Dコンバータ202は、こうして入力したバースト状波形
のアナログ秘話信号を8KHzの標本化周波数で標本化した
うえ予め設定するビット数12ビットで量子化し、この量
子化信号を窓掛器203,切細位置決定器204およびフレー
ム同期器205にそれぞれ供給する。

窓掛器203は矩形関数波形を利用する窓関数を利用し第
１図に示す如く時間領域データとしての256個の秘話化
ディジタルサンプルを次次に切出す。この場合の窓関数
はその時間幅が8KHzサンプリングのサンプリングの256
サンプルのディジタル秘話信号をフレーム周期との同期
を保持しつつ窓掛けし切出し得るものでなければならな
い。つまり時間長が256/8×10³＝ｔの窓関数、本実施例
の場合はこの時間長の矩形関数でかつフレーム周期と同
期した切出し時間位置での窓掛けを行なうことが必要で
ある。

フレーム同期器205は、42.7mSECのフレーム同期時間信
号を受けてこれにより前述した時間幅ｔのフレーム同期
信号を発生しこれを切出位置決定器204と乱数発生器207
とに供給する。

切出位置決定器204は、こうして入力したフレーム同期
信号に対しさらにDFT回路206から受ける基準正弦波信号
との位置差を検出しつつこの位相差が零となるようにそ
の時間位置を遅延せしめ時間的切出位置を決定する。

DFT回路206は窓掛器によって切出された256サンプルの
時間領域データとしてのディジタル秘話信号を周波数領
域データに変換しこれを基準周波数除去器208に供給す
るとともに、これに重畳して印加された23.4375×Ｎ（H
z）の基準正弦波信号だけは切出位置決定器204に供給し
前述した如くフレーム同期信号との位置差比較に利用す
る。このようにして、フレーム同期信号自体によっては
いわば粗の受信同期、基準正弦波信号との位相合せを介
してはいわば精の受信同期を行ない、安定した同期保持
状態で良好な送，受信が確保される。

上述した受信同期はフレーム周期に対応しつつ送信側１
と受信側２とがフレーム周期ステップで同期の確保をは
かるいわゆる調歩同期方式である。こうして基準周波数
除去器208に供給された周期数領域データは基準正弦波
信号の周波数成分を除去され周波数入替器209に供給さ
れる。

周波数入替器209は、送信側１で入替えた周波数を復元
してもとに戻すものであり、乱数発生器207からフレー
ム周期ごとに受ける乱数コードに対応して周波数の入替
えを行なうが、この入替は送信側で入替えた内容を原信
号に復元する逆入替の形式で行なわれる。乱数発生器20
7は、初期値受信器201を介して受けた初期値によって送
信側の乱数発生器104との初期時間合せを行ない発生乱
数初期値を一致させた状態で送信側と同じ乱数コードを
キー信号の制御のもとにフレーム周期ごとに出力する。

こうして周波数を原信号に戻すように入替えて復元した
周波数入替器209の出力は次にIDFTA回路210に供給され
て再び時間領域データに変換され、このあと窓接続器21
1に供給されて8KHzによるデータを6KHzで読出すること
によってデータの窓接続を行ないつつこれをD/Aコンバ
ータ212に供給する。

D/Aコンバータ212はこうして入力したディジタルデータ
をアナログ量のデータに変換するがこの場合標本化周波
数は6KHzで行なわれる。このあと低周波フィルタによっ
て不要な高域成分を除去したのち出力音声信号として出
力する。

なお本実施例では、上述した調歩同期に加え、伝送路の
状況等によって発生するバースト状波形の受信欠落によ
る受信同期くづれを補完する目的で、42.7mSECのフレー
ム同期時間信号を利用する独立同期も受信側で実施し同
期保持の安定性を高めている。この独立同期はフレーム
時間にもとづいて送信側１から受信側２に伝送されるバ
ースト状波形の送信信号が伝送路の状況その他何等かの
理由で欠落した場合でも受信側２の内部クロックを利用
してフレーム同期時間信号にほぼ同じ内容の疑似フレー
ム同期信号をフレーム同期器205で発生し、これにより
前述した時間ｔのフレーム同期信号を発生してこれを切
出位置決定器204と乱数発生器207との供給して切出位置
位置決定、乱数の歩進を実施し受信の確保を図るという
形式で実施されている。

本発明は時間窓で切出した入力音声信号の時間領域から
周波数領域への直交変換を行ない、さらに周波数入替後
時間領域に再変換して送信側から受信側に送出する秘話
装置に対して、時間窓と位置を一致させた基準正弦波信
号を加算する手段と、時間領域から周波数領域、さらに
時間領域と変換する処理過程で標本化周波数を変更しう
る手段とを付与して秘話化をはかることによりフレーム
境界での接続性と送受信間の同期保持との大幅な改善を
図った点にその基本的特徴を有するものであり、第１図
の実施例の変形も種種考えられる。

たとえば、第１図の実施例では上述した基準正弦波信号
を加算する手段、標本化周波数を変更しうる手段のほか
にこれら２つの基本的手段によって秘話化された波形を
フレーム周期ごとに送出する手段、ならびにこの手段に
よって発生するバースト状の波形を利用して調歩同期す
るスクランブル，デスクランブル手段、さらにこの調歩
同期を補完する独立同期手段のすべてを含めて実施した
場合を例として説明しているが、これら基本手段に対す
る付与的手段はそのすべてまたは１部を削除して実施す
ることも容易であり、運用目的等を勘案し所望に応じ任
意に変更しうる。

また、受信側２で利用する6KHz,8KHzの標本化周波数
は、受信入力から抽出する42.7mSECのフレーム同期信号
を利用してこれをVCO（Voltage Control Oscillator）
に与えて発生したもの利用するようにして送信側の標本
化周波数に完全に一致せしめ同期保持精度をさらに改善
することも容易に実施しうることは明らかで、以上はす
べて本発明の主旨を損なうことなく容易に実施しうるも
のである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、入力音声信号を時間
窓で切出し、時間領域から周波数領域に変換して周波数
入替を行ない再び時間領域に変化して秘話化して送出す
る秘話装置において、時間窓と位相を一致させた基準正
弦波を秘話化信号に重畳して送出する手段と、時間領域
ならびに周波数領域変化の過程で標本化周波数を変換す
る手段を備えて秘話通信を行なうことにより、フレーム
境界での接続性を大幅に改善して低周波雑音の発生を著
しく抑圧するとともに、長時間の通話でも同期くずれを
起さず再生音質を著しく改善しうる秘話装置が実現でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 １……送信側、２……受信側、101……A/Dコンバータ、
102……窓切出器、103……DFT、104……乱数発生器、10
5……初期値設定器、106……切替器、107……周波数入
替器、108……IDFT回路、109……窓掛器、110……D/Aコ
ンバータ、201……初期値受信器、202……A/Dコンバー
タ、203……窓掛器、204……切出位置決定器、205……
フレーム同期器、206……DFT回路、207……乱数発生
器、208……基準周波数除去器、209……周波数入替部、
210……IDFT回路、211……窓接続器、212……D/Aコンバ
ータ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力音声信号を時間窓で切出したうえ直交
   変換によって時間領域データを周波数領域データに変換
   しさらに周波数入替を行ったのち時間領域データに再変
   換した秘話化波形を送信側から受信側に送信信号として
   送出し、受信側では時間領域データを周波数領域データ
   に変換しさらに周波数逆入替を行ったのち時間領域デー
   タに再変換する秘話装置であって、 送信側に、入力音声信号を切出す時間窓と位相の一致す
   る基準正弦波信号を送信信号に加算して送出せしめる基
   準正弦波信号加算手段と、時間領域データを周波数領域
   データに変換したあと再び時間領域データに変換する過
   程において標本化周波数を予め設定した周波数よりも高
   い周波数に変更して送信信号を送出せしめる標本化周波
   数変更手段とを備え、 受信側に、送信側で加算された基準正弦波信号に基づく
   入力信号に対する切出し装置決定手段と、切出された信
   号から前記基準正弦波信号を除く手段と、時間領域デー
   タを周波数領域データに変換したあと再び時間領域に変
   換する過程において標本化周波数を前記予め設定した周
   波数に再び変更して音声出力信号を再生するための標本
   化周波数変更手段とを備えることを特徴とする秘話装
   置。
2. 【請求項２】前記秘話化波形をフレーム周期ごとに送出
   することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   秘話装置。
3. 【請求項３】前記秘話化波形をフレーム周期ごとに送出
   する場合に発生するバースト状の送信波形にもとづいて
   送信側と受信側とがフレーム周期に対応した同期ステッ
   プで調歩同期をとりつつ入力音声信号の秘話化ならびに
   秘話化解除をそれぞれ送信側ならびに受信側で実施する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の秘話
   装置。
4. 【請求項４】前記調歩同期に対しさらにこれを補完する
   独立同期手段を併用したものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の秘話装置。