JPS592097A - デイジタル処理による音声秘話方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は音声秘話方式に関し、特にＦＩＲ（Ｐ’ｉｎｉ
ｉａＩｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ）形のディジタ
ルフィルタを用いることによって所要演算数を減少させ
構成を簡単化した、ディジタル処理による音声秘話方式
に関するものである。

従来技術と問題点 従来の周波数帯域分割入れ替えによる音声秘話方式は、
アナログ帯域通過フィルタ群と変調器。

復調器を組み合わせた構成からなシ、回路規模が大きく
なる欠点があった。

第１図は従来の音声秘話方式の一例を示したものである
。同図において（α）は分割前の音声スペクトルの分布
（，０と、これを例えば７個の帯域（各帯域幅約０．５
　ＫＨｚ　）　１〜７に分割する場合の帯域通過フィル
タＦ１〜Ｆ７の配置とを周波数ｆ　（Ａ’Ｈｚ）につい
て示している。また（６）は各フィルタによって取シ出
されたそれぞれの帯域のスペクトルを入れ替えて、秘話
音声を構成した場合を示している。

従来の音声秘話方式においては、このような音声帯域の
分割をアナログ帯域通過フィルタによって行い、各帯域
の入れ替えを変調器による周波数変換と復調器による逆
変換とで行っていた。そのため回路規模が大きくなるこ
とを避けられなかった。

発明の目的 本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようと
するものであって、その目的は、帯域通過フィルタとし
てＦＩＲ形ディジタルフィルタを用い、その係数を制御
して周波数帯域の入れ替えを実現することによって、回
路規模を著しく減少させるとともに、所要演算数が少く
かつ構成が簡易なディジタル処理による音声秘話方式を
提供することにある。

発明の実施例 第２図は本発明の音声秘話方式における周波数帯域入れ
替えの原理を説明している。同図において、左側には例
えばＢＫＨｚ動作のＦＩＲ形フィルタＨ（Ｚ）の特性を
、周波数ｆ　（ｆ／／ｚ）について示している。これに
対して音声スペクトルを０．５　ｎＫ１１ｚ（ｎは例え
は第１図に示された帯域番号であって？Ｌ＝１．２．・
・・・・・、７）だけ（−）方向にシフトさせたものを
加える。第２図において、（α）〜（Ｉ７）の左側は、
それぞれ−０，５ＫＨｚ　〜−３，５ＫＨｚ　シフトし
た１６号を加えた場合のフィルタ特性Ｈ（Ｚ）と音声ス
ペクトルとの関係を示し、斜線部で示すようなスペクト
ルを有する複素信号が得られることが示されている。こ
のようにして得られたそれぞれの信号を、それぞれ所定
の周波数だけシフトさせる。第２図において、（α）〜
（１７）の右側はフィルタによって得られた左側に示す
それぞれの信号を、それぞれ＋１．５に＃ｊ。

＋　３　ＫＨｚ、　＋　２ＫＨｚ　、　＋　５．５ＫＨ
ｚ、　＋０．５ＫＨｚ　、　＋　２．５　ＫＨｚ　。

＋　ｉ　ＫＨｚ　　シフトすることによって得られた、
分割された音声スペクトルの配置を示している。これら
各信号の実成分をとシ、それらをすべて加え合わせるこ
とによって、第１図（ｂ）に示されたと同じ周波数スペ
クトルを有する秘話化された音声信号が得られる。

第６図は本発明の音声秘話方式の基本的構成を示す図で
ある。同図において１．＋、１−２．・川・・、１−７
は乗算器、２−１．２−２　、・・・・・・、２−７は
ＦＩＲ形ディジタルフィルタ、３−＋　＋３−２　、・
・・・・・、６−７は乗算器、４は加算器であって、フ
ィルタ２−１．２−２．・・−、２−７はすべて同一の
特性Ｈ（２）を有するものとする。

第５図において、入力信号を例えば８ＫＨｚでサンプリ
ングしたときの入力サンプル系列Ｚ　（？Ｌ）を乗算器
Ｌ＋　、　１〜２．・・・・・・、１−７に入力し、そ
れぞれ係数トＬ　テｅ−７２”　ｓ　ｎ、　　ｅ−ｊ２
”ｓ　ｎ、　・、、、、、　、　　ｅ　）２ｘＴｎヲ乗
ｑ、シてフィルタ２−ＩＨ２−２１・曲・、２−７に入
力する。

フィルタ２−＋、２−２．・・・・・・、２−７の出力
は乗舞、器３−１゜６−２．・・・・・・、３−７に入
力されて、それぞれ係数２π見ｒｎ２１ｒｖｍ゛２π１
ｍ ｇ）　　ｅ　　、　　ｅ”　　ｒ　　・凹曲、ｅノ８ニ
よって乗算。

され、乗算結果の出力の実成分は加算器４においてすべ
て加算されて、加鋳、結果として所望の出力サンプル系
列ｙ　（ｍ）を得る。

第４図は第３図におけるＦＩＲ形ディジタルフィルタの
具体的構成の一例を示している。同図において５−１１
り−２１・・・・・・、５−Ｎは１サンプル期間分の遅
延素子、６−＋　、６−２　、・・・・・・、６−Ｎｔ
ｄ、乗算器、７１１−１：加算器である。

第４図において入力信号は各遅延素子５−＋、５−ｚ。

・・・・・・、５−Ｎによって順次１サンプル周期ずつ
遅延される。乗算器６−１１６−２１・・・・・・、６
−Ｎにおいて、それぞれ入力信号およびこれを遅延素子
５−ｓ、５−２．・・・・・・。

５−Ｈによって順次１サンプル周期ずつ遅延させた信号
に、それぞれ係数ＰＬｏ　ｔ　”＋　ｔ・曲、、　ｈ、
を乗算し、乗算結果を加算器７においてすべて加算する
ことによって、加算器出力として所望のフィルタ出方を
得ることができる。

第６図において、いまフィルタ２−１．２−２．−・・
・。

２−ｙがすべて同一のインパルス応答ｈ（ｋ）を有する
ものとすれは、出力サンプル系列ｖ　（ｍ）は次式によ
って表わされる。

＝　Ｘ　　〔Ｒｅ（ｅＪ　　ａ　　”　　−ｅ）ｓ　　
ｋ　＋ｇ’ｅ”　１ｇ’ｓ　　ｋ＆−０ 十・・・・・・十ｅ−ノＴ″’　　−６１”　８　　ｋ
）−ｈ（ｈ）Ｊ　　ｚ（ｒｎ−ｋ）＝Σα（ｍ、　＆）
Ａ（ｋ）　・ｇｃ（ｍ−ｋ）−−・（１）ｈ。

＋　・・・・・・＋　ｅ−ＪＴ″Ｌ　−ｅｍｌｋ）　　
　　　　　　　・・・・・・・・・　（２）（１）式に
おいてα（ｍｌｋ）ｈ（ｋ）の部分はｍに関して周期１
６であシ、従ってこれを可変係数と見なせば、第５図に
示された構成を可変係数形ＦＩＲフィルタによって置き
替えることが可能である。

第５図は本発明の音声秘話方式の一実施例を示し、可変
係数形ＦＩＲフィルタを用いた場合の構成を示している
。同図において、８は可変係数形ＦＩＲディジタルフィ
ルタ、９は係数制御メモリ（ＲＯＭ）であって、係数制
御メモリ９に（２）式に示された可変係数を蓄積してお
き、これをｍの値に応じて読み出して可変係数形ＦＩＲ
フィルタ８に与えて、入力サンプル系列Ｚ（ｎ）に対し
てフィルタ演舞を行わせる仁とによって、秘話音声出力
ｙ（ｍ）を得ることができる。

第６図は本発明の一実施例の具体的構成を示し、第５図
の実施例の具体化を例示している。同図において第４図
におけると同じ部分は同じ番号で示されておシ、１ｏは
係数制御メモ！Ｊ　（Ｒｏｎ）である。

第６図において、入力サンプル系列Ｚ　（ｎ）は各遅延
素子５−１＋５−２＋・曲・、５−Ｈによって順次１サ
ンプル期間ずつ遅延される。乗算器６−１＋６−２Ｊ・
・・・・・、６−Ｋにおいて、それぞれ入力Ｚ（ｎ）お
よびこれを順次１サンプル周期ずつ遅延させた信号に、
それぞれメモリ１ｏから読み出された係数を乗算する。

乗算結果は加算器７においてすべて加りされ、加算器７
の加算結果の出方とじて、出カザンプル係列ｙ（ｍ）　
　を得る。仁の場合乗算器６−＋＋６−２１・・・・・
・、６−Ｎにおいてそれぞれの入力信号に乗算される係
数は、メモリ１０においてそれぞれの乗算器に対応して
示されている通シであって、例えば乗算器６−１に対シ
テハ、ｍ＝ｏ−１ｓ　ニ対応シテ係ｔ＆　ａ（０，０）
・ｈ（０）。

ａ（１、ｏ）４（ｏ）　ｌ　−−ｔ　ａ（１ｓ、ｏ）・
Ａ（０）が周期１６テ巡回して出力され、乗算器６−２
に対しては、同様に係数α（０，１）・Ａ（１）、α（
１１１）・Ａ（１）、・・曲、α（１５，す・ｈ（１）
が出力される。その他の乗算器に対しても同様である。

これらの係数−は（１１式によって定まる係数α（ｍ、
ｋ）ｈ（ｋ）　　を、与えられたｍおよびｋについて求
めたものを、予めメモＩｊ１０に記憶させておくことに
よって、メモリ　１０のアドレスｍを提示することによ
って、それぞれの乗ｑ器ごとに出力させることができる
。

本発明の方式を第６図の構成によって実現する場合には
、複素信号を扱うため周波数帯域を７分割するものとし
て、ＦＩＲフィルタを１４個必要とするが、第５図の構
成による場合は第３図の場合と同一次数のＦＩＲフィル
タ１個ですみ、所要演算量は１／１４　　に低減される
。なお」二連の実施例においては、周波数帯域を７分割
し、第１図（ｂ）に示すごとき帯域入れ替えを行うもの
とし、て説明したが、本発明の方式は一般に任意の分割
数Ｎで、かつ任意の帯域入れ替えに対して適用できるこ
とは言うまでもない。

次に第２図に示された原理に従って周波数帯域の入れ替
えを行う場合は、音声スペクトルに対するそれぞれの分
割された帯域の配置から明らかな７ように、ＦＩＲフィ
ルタＨ（ｚ）として非常に急峻な特性を鳴するものが必
要となるが、一般に急峻な特性を有するＦＩＲフィルタ
は高い次数の構成を必要とし、従ってその回路規模が大
きくなシやすい。

そこで、回路規模を縮小するためにＦＩＢフィルタの次
数を低下させ、要求される特性を緩和できることが望ま
しい。そこで互に交錯する特性を有する２個のＩＩＲ（
Ｉｎハｎ１ｔａ　Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｇｚｐｏｎｔｇ、
）　　形のフィルタＥ、　Ｃｚ）　＊　Ｈ，Ｃｚ）を用
いて前処理を行ったのち、特性の緩やかなＦＩＲ形フィ
ルタＨ（Ｚ）を用いて処理を行う方式が考えられる。

第７図は２個のＩＩＲ形フィルタによる前処理を説明し
ている。同図において（−は第１のＩＩＲ形フィルタの
特性Ｈ１（Ｚ）と音声スペクトルＡとの関係を示し、（
ｂ）は第２のＩＩＲ形フィルタの特性１１ｔＣＺ）と音
声スペクトルＡとの関係を示している。このように両フ
ィルタの特性／７１　（ｚ）　＋　ｚｒｔ　（ｚ）は互
に交錯するように選ばれ、これによって第７図（ａ）、
（ｂ）においてｆｉ＋ｉ部に示すごとき分割された帯域
の信号が得られる。

第８図は本発明の音声秘話方式の一変形例における周波
数帯域入れ替えの原理を説明している。

同図において（α）〜（ｇ）は音声スペクトルをそれぞ
れ−０−５ｎＫＨｘ　（ＦＬ　＝　１　ｒ２＋・・・−
＋　７　）すなわち−０，５ＫＩＩｘ　〜−３，５ＫＨ
ｚシフトした信号を、ＩノＲフィルタＨ，（ｚ）　ｌ　
Ｈｚ　（Ｚ）を経てＦＩＲフィルタＨ（Ｚ）に加えた場
合の、入力信号とＦＩＲフィルタ特性との関係を示して
いる。

（ａ）、（Ｃ）、　（ｇ）　、（σ）はＩＩＢ　フィル
タＨ＊ＣＺ）を通過した帯域の信号とＦＩＲフィルタＩ
Ｉ（Ｚ）の特性との関係を示し、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ
）はＦＩＲフィルタＥ、　＜ｚ）を通過した信号とＦＩ
Ｂフィルタｎ　（ｚ）の特性との関係を示している。

このようにしてＦＩＲフィルタＥＣＺ）を通過した信号
を第１図（６）と同じように周波数帯域の入れ替えを行
うことによって、第５図または第６図に示された実施例
と同様に秘話音声出力を得ることができる。この場合Ｆ
ＩＲフィルタＨ（Ｚ）に要求される特性は、入力信号が
ＦＩＲフィルタＨＩ　（Ｚ）まだはＨｔ＜ｚ＞で前処理
を行われているため、第８図（α）〜ω）に示すように
緩やかなものでよい。

第９図は本発明の音声秘話方式においてＩＩＲ形フィル
タとＦＩＲ形フィルタとを組み合わせる場合の基本的構
成を示している。同図において、第６図におけると同じ
部分は同じ番号で示されておシ、Ｉ　Ｌ＋　、　１１−
２はそれぞれＩＩＲ形フィルタであって、それぞれ特性
Ｈｒ　（’）　ｒ　Ｈｔ　（Ｚ）を有する。

第９図において、入力ザンプル系列ｘ　（ｎ）　ｉｔ：
　ＩＩＲフィルタ１１−＋、１１−２を経て、それぞれ
第７図（α）、（ｂ）に示された特性Ｈ，（Ｚ）　ｌ　
Ｉｌｘ　ＣＺ）によって帯域制限され、フィルタ１１−
１の出力は乗り４器１−２＋１−４．１−６に入力され
、フィルタ１１−２の出力は乗算器１−１゜１−ｓ　＋
　１−ｓ　＋　１−ｙ　＋に入力される。乗算器１−ｓ
　、　１−ｚ　、・・曲。

１−７においては、入力に対しそれぞれ係数−２π′−
ル　　　２π−！−ル ｇ）　　ｓ　　、ｅ−’　　Ｓ’　　＋・・・−・・　
、−ｊ２”心　を乗算して、それぞれＦＩＲフィルタ２
−１〜２−７に入力する。フィルタ２−＋　、２−２　
、・・・・・・、２−７の出力は乗算器３−１．５−２
　。

・・・・・・、５−・に入力されて、それぞれ係数・ノ
“だ“。

２にユゎ ｅＪ２“Ｖ　・・・・・・ｅＪ８　　によって乗算され
、乗算結果の出力は加η器４においてすべて加算されて
、加算結果として所望の出力サンプル系列ｙ（ｍ）を得
る。

第９図において、ＦＩＲフィルタ２−＋＋２−２１・・
・・・・。

２−７がすべて同一のインパルス応答ｈ（ｋ）　　を有
するものとすれば、出力サンプル系列ｖ　（ｍ）　　は
次式によって表わされる。

ｙ（ｍ）　＝Ｒ＠　〔ｅ’　ｓ″！Σｈ（ＪＣ）　ｅ−
Ｊ　ｓ（”−”）　−ｗ、　（ｍ、−＆）−０ 十ｅノａ　ｍ　　Σ　ｈ（すｅ−）ａ　Ｃｍ−リ’　Ｚ
　Ｉ　Ｃｍ−ｋ）　〕Ｉ＋０ ＋　ｅノＴ１　Σ　ｈｃｔ）ｅ−ａ　　（ｍ−”　Ｑｃ
叩（ｍＪ）ＩＦｋ−。

＝　Σ　［：Ｒｇ（ｇ〕　ｓ　　ｍ　ｇ、７ｅｋ＋ｇノ
８ｎ＠ｅ）　　８　　ｋ＋ｇ−ノ下１６ノ１ｒｋ＆−０ ５π　　　　　７π 十　ｅ−ノｅ　　１　ｅＪ　８　　　　）４（＆）ＩＺ
Ｉ（ｍ−＆）＋Σ　［Ｒｇ（ｇ〕　ｌｌ’ｇ−’＠＋ｇ
ノＴｎ′Ｃノ　８←０ ＋６−ノ’ｊ”　ｅＪ　’ｓ　　ｋ）ｈ（ｋ））ｚ２（
ｍ−＆）・・・・・・・・・（３） 次だし ’ｔ　（ｍｌｋ）＝Ｒｇ（ｅ）　　ｓ　リｓ”＋ｔノｓ
ｍｅノ　ｓ　　ｋ＋＋−ノｅ　　ｍ　ｇノ丁に＋　ｅ−
ノ　ｓ　ｍ　　、ノ　８　　　）　　　−・−−−−ｆ
、１１’ｈ　（ｒｎ、＆）　＝　７７　ｇ　（ｅ　’　
　ａ　　’ｅ）８　　ｋ＋ｇノＴ″ｌｓノＴｋ＋　ｅ−
ノド　ｅノ°６：　ｈ　　）　　、、、、、、、、、　
　、５゜（３）式においてαＩ　（ｍｌｋ）ｈ（す、α
ｔｃｍ、ｋ）ｈｃｋ）の部分はそれぞれｍに関して周期
１６であシ、従ってこれを可変係数と見なせば、第９図
に示された構成を可変係数形ＦＩＲフィルタを用いるこ
とによって、簡単化することができる。

第１０図は本発明の音声秘話方式の他の実施例を示゛し
、ＦＩＲ形フィルタとＦＩＲ形フィルタとを用いた場合
の構成を示している。同図において、１２−＋　、　１
２−２はそれぞれＩＩＲ形フィルタ、１３−＋。

１６−２は可変係数形ＦＩＲディジタルフィルタ、１４
は加ｑ、器、１５は係数制御メモリ（ＲＯＡｉ）である
。

第１０図において、ＩＩＲ形フィルタ１２−＋　＋　１
２−２はそれぞれ特性Ｈ，（Ｚ）　、　ｎｔ　（Ｚ）を
有する。入力サンプル係列ｘ（ｎ）をＩＩＲ形フィルタ
１２−１．１２−２に入力することによって、第７図（
α）、（ｂ）に示すような帯域制限された信号が、それ
ぞれＦＩＲフィルタ１５−＋。

１６−２に加えられる。係数制御メモリ　１５に（４）
式および（５）式に示された可変係数を蓄積しておき、
これをｍの値に応じて読み出して、それぞれＦＩＲフィ
ルタ１３−＋　、　１３−２に与えて、ＦＩＲフィルタ
１２−１゜１２−２の出力に対してフィルタ演算を行わ
せ、加算器１４によってＦＩＲフィルタ１３−１　、１
３−２の出力を訓話することによって、加算電果の出力
として秘話音声出力ｙ（ｍ）を得ることができる。

第１０図に示された構成によれば、第９図に示された基
本構成の場合と比べて、ＦＩＲ形フィルタにおける所要
演算量を１／７に減少することが可能である。また第５
図または第６図に示された構成と比較した場合、ＦＩＲ
フィルタに要求される特性が緩やかになるため、全体と
しての所要演算量が減少できる場合もある。なお上述の
実施例においては、周波数帯域を７分割し、第１図（６
）に示されたごとき帯域入れ替えを行うものとして説明
したが、本発明の方式は一般に任意の分割数Ｎで、−２
一つ任意の帯域入れ替えに対して適用できることは、言
うまでもない。

発明の詳細 な説明したように、本発明のディジタル処理による音声
秘話方式によれば、帯域通過フィルタとしてＦＩＲ形デ
ィジタルフィルタを用い、その係数を制御することによ
って周波数帯域の分割と周波数帯域の入れ替えとを行う
ことができるので、構成が簡単で回路規模が小さくかつ
所要演算数力；少いディジタル処理による音声秘話方式
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音声秘話方式の一例を示す図、第２図は
本発明の音声秘話方式における周波数帯域入れ替えの原
理を説明するための図、第３図は本発明の音声秘話方式
の基本的構成を示す図、第４図ｉｉ：　ＦＩＲ形ディジ
タルフィルタの具体的構成の一例を示す図、第５図は本
発明の音声秘話方式の一実施例を示す図、第６図は第５
図の実施例の具体的構成の一例を示す図、第７図はＩＩ
Ｒ形フィルタによる音声の前処理を説明するだめの図、
第８図は本発明の音声秘話方式の一変形例における周波
数帯域入れ替えの原理を説明するための図、第９図は本
発明の音声秘話方式においてＦＩＲ形フィルタとＦＩＲ
形フィルタとを組み合わせる場合の基本的構成を示す図
、第１０図は本発明の音声秘話方式の他の実施例の構成
を示す図である。 １−＋、１−ｚ＋・・・・・・、１−ｙ：乗算器、２−
１１２−２１・・・・・・、２−７：　ＦＩＲ形ディジ
タルフィルタ、３−＋＋３−２Ｈ・・・・・・、６−７
二乗ｑ器、Ｈ：加η：器、５−１．５−２．・・・・・
・、５−Ｎ：遅延素子、６−１１６−２１・・・・・・
、６−Ｎ：乗算器、７：加算器、８：可変係数形ＦＩＲ
ディジタルフィルタ、９，１０；係数制御メモリ（ＲＯ
Ｍ）、１１−＋、１１−２．１２−＋、１２−２：　Ｉ
ＩＲ形フィルタ、１３−＋、１３−ｚ　：可変係数形Ｆ
ＩＲディジタルフィルタ、１４：加算器、１５：係数ｆ
ｆ１ｌＪ御メモリ（ＲＯＭ）。 特許出願人　富士通株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 音声周波数帯域を任意数に分割し該分割された帯域を任
   意に入れ替えて秘話音声を発生する音声秘話方式におい
   て、外部から各タップの係数値を与えられてフィルタ演
   算を行う可変係数形ＦＩＲディジタルフィルタと、該可
   変係数形ＦＩＲディジタルフィルタにおける各タップご
   との係数値を１サンプル単位の分割数ｍに等しい数記憶
   する係数制御メモリとを具え、該係数制御メモリから係
   数値を前記分割数ｍの順に読み出して前記可変係数形Ｆ
   ＩＲディジタルフィルタに係数として与えることによっ
   て音声周波数帯域の分割と入れ替えとを行うことを特徴
   とするディジタル処理による音声秘話方式。