JPS6387038A - デジタル音声信号伝送装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば衛星を利用して加入者に音声情報を
提供するデジタル名声信号伝送装置に係り、特に非契約
加入者に対するスクランブル処理を、サンプルクロック
の速度で行うことなく低速処理により効果的なスクラン
ブルを行い、しかもデータの＃：！４ユリティは損うこ
とのないデジタル音声信号伝送装置に関する。

（従来の技術） 近年、新放送メディアの発達にともない、テレテギスト
、静止画像放送、高品位テレビジョン放送、デジタル信
号による他チヤンネル音声放送が可能となって来ている
。このような放送メディアの多様化により番組の種類も
増え、ある種の番組に対し課金を行い、放送局側と契約
を行った特定の加入者のみがその番組を視聴できるよう
に、伝送信号に撹拌（スクランブル）を与え、契約加入
者以外の加入者に対し視聴を阻止し、契約加入者には伝
送鍵情報よりスクランブルを解読可能にしたシステムが
提供されている。

第６図は上記のようなスクランブル処理を行う音声信号
伝送システムのエンコーダ側の一構成例を示す。入力音
声信号は、先ずエンファシス回路１により高域成分が強
調され、低域フィルタ２により次段でのＡ／Ｄ変換器３
で不要となる成分が除去される。Ａ／Ｄ変換器３は、例
えば３２［Ｋト１２　］あるいは４８　［ＫＨｚ　］の
サンプリングクロックで音声信号をＰＣＭデジタル信号
（通常ＰＣＭ、差分ＰＣＭ等）に変換する。

次に上記ＰＣＭデータは、データ圧縮回路４に入力され
所定のデータ圧縮が行なわれる。この場合の圧仲則は、
現行のＦＭ局間ＰＣＭ回線で行なわれている７折線の瞬
時圧伸用あるいは、準瞬時圧伸用を用いる。こうして圧
縮されたデータは、他の音声データ、文字放送あるいは
ファクシミリ放送等の独立データを多重化する多重化回
路５を介して誤り訂正符号付加回路６に供給される。こ
の誤り訂正符号付加回路６では、例えばＢＨＣ符号をデ
ータフレームの最後に付加するもので、これにより伝送
路で生ずる１ビツトの誤り訂正機能と、２ビツトの誤り
検出機能を持つ。誤り訂正符号付加回路６からのデータ
は、インターリーブ回路によりデータ区間のデータが規
則的な順序て゛入替えられ、更に同期・制御信号付加回
路８を介してスクランブル処理回路９に供給される。ス
クランブル処理回路９は、有料となるデータに対して所
定のスクランブルを与え伝送Ｐ　ＣＭ　’ＥＳ声出力出
力る。

第７図及び第８図は、準瞬時圧伸用を説明する説明図で
ある。

第７図は２’Ｓコンブリメント符号化法による１４ビツ
トの音声サンプルワードを、γ？声符号振幅に応じた５
つの等級（以下レンジと称する）に分ける方法を示す。

２’Ｓコンブリメント符号化法による１４ビツトのデー
タの場合、ＭＳＢ（ＮＯｓｔ　５１ｇｎ１ｆｉｃａｎｔ
　Ｂｉｔ）を信号の極性を表すビットとして用いている
。ここでは「０」を正極性。

「１」を負極性としている。そして、次の上位２ビツト
から６ビツト目までのビットにレンジ゛Ｏ″〜“４”に
対応する重みを付け、更に残りの８ピツトに加算した合
計１３ビツトにより、８１９２吊子化レベルを表現する
。因みに、レンジ“Ｏ”とは、ｚ子化レベル［２０４８
〜４０９６１で表わされる振ａ鞘囲内の信号を総括する
ものであり、レンジ“２”とは、更に［１０２４〜５１
２］内のそれでの振幅範囲を示している。

ところで、実験によれば、レンジ“Ｏ”の振幅範囲に属
する音声信号は、最下位４ビツト目までのデータの中で
変化があっても聴覚的に音質は変化しないことが知られ
ている。したがって、レンジ“０″の振幅範囲（最大振
幅）に属するデータは伝送する必要が無い。また、反対
にレンジ“４″の振幅の音声信号は、上記５ビツト目ま
でｒＯＪか「１」のデータである。したがって、この場
合は、極性を示すビットを除き４ビツト分を伝送する必
要は無い。この考えに従いレンジ″１”の振幅範囲デー
タは、下位３ビツトと最上位から第２番目のビット、レ
ンジ“２”の振幅範囲データは、下位２ビツトと上位筒
２番目〜３番目のビット。

レンジ“３″の糸幅範囲データは、下位１ビツトと上位
２〜４番目のデータをそれぞれ伝送する必要が無い。第
８図に示した斜線部のデータは、以上のような理由によ
り切捨てられるデータを示している。こうしてａ声すン
プルワードは、１０ビツトに圧縮されて伝送される。レ
ンジを示すレンジビットは、例えばサンプルデータ列を
１　［ｍ５ｅｃｌで区切ったとき、その区間内の最大振
幅値に従ってレンジが定められるので、同区間に１回送
れば良い。

なお、ＰＣＭサンプルワードの符号化法は２゛ＳＳコン
ブリメント符法以外に、この符号化法の負極性側を反転
した符号化法あるいは、基準レベルからのサンプル値を
データとする符号化法等があるが、これらの符号化法に
よっても同等の圧縮を行うことができる。

次に、スクランブル処理回路９は、第９図及び第１０図
に示すような回路によって伝送する音声信号に対しスク
ランブルを与えていた。

各図はエンコーダ側とデコーダ側とを対比して示し、第
９図は排他論理和回路１２とＰＮ発生レジスタ１３等か
ら成る擬似ランダムパターン発生回路を用いたものであ
り、第１０図はＤＥＳ（Ｄａｔａ　Ｅｎｃｒｉｐｔｉｏ
ｎ　５ｔａｎｄａｒｄ）のような暗号器１６により音声
信号を直接暗号化するものである。デコーダ側はエンコ
ーダ側と同様の復号手段が設けられる。このようなスク
ランブル処理回路によれば、１０ビツトの音声サンプル
ワード単位でＰＮ発生レジスタ１３からの擬似ランダム
パルスが排他論理和加算され、ランダムな振幅情報とな
る。その結果、エンコーダ側の初期値レジスタ１４に設
定された初期値データを解読し得ない非契約加入者は、
自己の受信機の初期値レジスタ１４′にその初期値を設
定することができず、得られる音声信号は完全なノイズ
となる。

しかし、このような回路は、セキュリティの高いスクラ
ンブル信号とするために高速処理が要求される。例えば
、第９図の回路は、ＰＮ発生レジスタ１３を駆動するク
ロック発生器１５．１５”は、音声ワードのビットレー
ト（１［ＭＨｚ　］〜２　［ＭＨ２］と同じレートでク
ロックを発生させなければならない。これより低速化し
ても良いが、それだ（ノセキュリティが低下することに
なる。また、第１０図のような回路では、ＩＣ化した暗
号器１６及び復号器１６′が使用されるが、最近はＩＣ
の内部を解読するのは比較的容易になって来ており、た
とえ構造的にマスクしたといってもセキュリティが高い
とは言えなくなって来ている。

更に、第１０図のような回路は内部処理速度が、データ
速度の数倍あるいは数十倍もの８速処理が要求され、マ
イコン等の処理に代替することはできなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の伝送デジタル音声信号のスクランブル技術は、１
つ１つのサンプルワードルに対して擬似ランダムパルス
を与えたり、暗号化しているため、極めて高速の処理が
要求されるという問題がある。この高速処理をした結果
セキュリティが完全となれは良いが、最近のＩＣ内部解
読技術あるいはデータ解読技術によって容易に解読され
、不正視聴が容易となるという問題があった。

この発明は上記問題点を解決し、低速なスクランブル、
即ち２個々のサンプルワードに対してスクランブルを行
わなくとも、スクランブル効果が高り、且つセキュリテ
イ性の良好なデジタル音声信号伝送装冒を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は所定区間毎に分けてＰＣＭ変換されて得られ
る音声サンプルデータ列のうち、最大振幅データが、予
め定めた複数の振幅レンジのいずれに属するかに応じて
その区間の前記音声サンプルデータ列をデータ圧縮する
データ圧縮手段と、振幅レンジを示すレンジデータをス
クランブルして送出するレンジデータ送出手段と、スク
ランブルされたレンジデータをデスクランブルし、この
デスクランブルレンジデータに基づいて、圧縮して伝送
された音声サンプルデータ列を伸長するデータ伸長手段
とを少なくとも有し、音声データそのものをスクランブ
ルしないことを特徴とする。

（作用） 一般に、ＰＣＭデジタル信号化された音声信号をデータ
圧縮する際、音声データ列を所定区間のデータ列に区分
し、この区間内での最人邊幅データが、予め定めた振幅
等級のいずれに属するかに応じてデータを圧縮する。こ
の発明は、上記圧縮の基準となった振幅等級を示すレン
ジデータをスクランブルして受信側に送ることで、解読
能力を持たない受信機は、正しいレンジデータを得るこ
とができず、デコードされた音声アナログ波形は、所定
区間毎に振幅が正確に再現されない段差を持つ波形とな
り、音声として聞取ることができないスクランブル効果
を達成する。また、レンジデータをスクランブル及びデ
スクランブルする処理は、ＰＣＭデータ列を区間した区
間単位で行うことになるため、従来のようにＰＣＭサン
プルデータ毎に行う必要がなく、極めて低速の処理で充
分であり、マイコンにプログラムしたソフトウェアによ
って処理できる。そして、このプログラムが公開されな
い限り正しいデスクランブルは行えないため、セキュリ
ティ性が低下することも無いわけである。

（実施例） 以下、この発明を図示の実施例について説明する。

第１図はこの発明にかかるデジタル音声信号伝送装置の
一実施例を示すブロック回路図である。

第１図において、端子２１にはアナログ音声信号が導か
れる。この端子２１からのアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ
変換器２２よりＰＣＭ音声サンプルデータ列に変換され
て、データ圧縮回路２３に供給される。データ圧縮回路
２３は、レンジデータ抽出手段２８より、分割区間毎に
送られてくる振幅レンジデータに従っていずれかビット
を切捨てる。こうしてデータ圧縮されたＰＣＭサンプル
データ列は、所定の変調手段（図示略）を介して伝送路
２４に送出される。

伝送路２４には、上記のごとく圧縮された音声サンプル
データ列以外に、データ圧縮回路２３からの振幅レンジ
データも伝送される。レンジブタ抽出手段２８は、Ａ／
Ｄ変換器２２からの富力すンプルデーク列を所定区間に
分け、この区間内の最大振幅サンプルデータが、予め定
めた複数の廠幅レンジのいずれに属づるかを判定し、そ
の判定結果に基づいてレンジデータを生成する。そして
、抽出したレンジデータは伝送路２４に送出される前に
スクランブル処理回路２９に供給される。

スクランブル処理回路２９は、入力したレンジデータを
乱数に変換する回路であり、例えば第９図で示したよう
なＰＮパターン発生回路が用いられる。

一方、伝送路２４からの伝送８声データは、データ伸長
回路２５に入力し、送信側で圧縮された音声サンプルデ
ータ列を、送信側で分割した区間毎にデスクランブル処
理回路３から送られて来る伸長レンジデータに従って伸
長される。データ伸長回路２５を介した音声データ列は
、Ｄ／Ａ変換器２６に導かれ、送信側と同じアナログ信
号に変換され端子２７を通して出力音用信号として拡声
される。この場合、伸長処理のために伝送されるスクラ
ンブルされたレンジデータは、デスクランブル処理回路
３０において、契約加入者のみが得ることのできるキー
データに基づいて、正しいデータに変換されてデータ伸
長回路２５に供給される。

次に、上記構成におけるレンジデータ抽出回路２８の動
作を詳細に説明する。

Ａ／Ｄ変換器２２からは、ＰＣＭデータ化されたデジタ
ルデータ列が次々とレンジデータ抽出回路２８に入力す
る。レンジデータ抽出回路２８は、これら２’Ｓコンブ
リメントデータ（２の補数データ）であるデータ列を、
所定区間毎に分け、この区間内の最大振幅を示すデータ
を抽出する。そして、この抽出したデータがいずれの振
幅レンジに屈ツるのかを判定する。

第２図は５つの区間で現れる音声信号のモデル波形（実
ね）である。横軸は時間、縦軸は音声波形の振幅を示し
、区間Ｔ１の信号は、レンジ°゛０″に属し、区間Ｔ２
の信号はレンジ°“１”に、区間Ｔ３の信号はレンジ“
２″に、区間Ｔ３の信号はレンジ“２”に、区間Ｔ４の
信号はレンジ゛３′′に、区間Ｔ５の信号はレンジ“４
″にそれぞれ属している。各区間は答間隔であり、例え
ばｉ［ｍ５ｅｃ］とする。サンプルクロックパルスを所
定値に設定すと、この区間内に３２個のサンプルデータ
列が入ることになり、各区間において、正極性側及び負
極性側において、最大振幅サンプル点Ｐ１゜Ｐ２　、Ｐ
３　、Ｐ４　、Ｐ５が存在する。

今、区間Ｔ１における最大振幅点Ｐ′ｌのデータがいず
れのレンジにｆｌ？ｌるかを判定する場合、１１点のデ
ータは、上位２ビツト目から６ビツト目までは確実に論
理「１」が立つので、レンジデータ抽出手段２８は、こ
の１１点のデータと、レンジ゛Ｏ″の最大値を示すデー
タｒ０１１１１１１１１１１１１１Ｊとを比較し、上記
５つのビットが一致することで、レンジ“Ｏ”で圧縮を
行うことを決定する。また、点Ｐ１が負極性のデータの
場合は、論理「０」が５つ一致することで、レンジ“０
パで圧縮を行うことを決定する。

これを、一般的に示せば、１区間内の最大振幅データの
デジタル値をＭとし、１３ビツトの最大１（レンジ“０
”の最大振幅データ）をＦＳ、レンジ数をＲとした場合
、 ＦＳＸ２”＜Ｍ≦ＦＳＸ２−”　　　　　　・・・（１
）に属するときのＲの値をレンジとして決定する。

ただしＲはＯ〜４の整数値である。

こうしてレンジが決定されると、レンジデータ抽出手段
２８は、（１）式によるＲの値を例えば２進コ、−ド化
してデータ圧縮回路２３に供給する。

このレンジデータは高々ビットである。データ圧縮回路
２３は、上記レンジデータにより、第８図で説明したデ
ータ圧縮処理を行う。即ち、レンジの値がＲの時は、少
なくとも（Ｒ＋１）番目までは、最上位ビットの値と等
しいので、これを省略して伝送するわけである。これに
より、レンジ“４”の場合は、１４ビツト伝送と等しい
音声出力を得ることができる。

次に、レンジデータのスクランブル処理及びデスクラン
ブル処理を説明する。

レンジデータ抽出手段２８からのレンジデータは、スク
ランブル処理回路２つに供給して、非契約加入者に対す
るスクランブル処理が行なわれる。

この場合のスクランブル処理は、第８図で説明したよう
な擬似ランダムパターン発生器を用い、排他論理和回路
の一方端にレンジデータを入力し、各区間毎にランダム
変化するＰＮパターンを同排他論理和回路の他方端に入
力することで、レンジデータに対し２の補数部品を行う
。

第２図を再び参照すると、区間Ｔ１の正しいレンジ“０
”を“１″に変換している。この場合、排他論理和回路
に加えるＰＮパターンとしては、レンジデータ［０００
］に対しＰＮパターン［００１１を加える。また、区間
Ｔ２において、正しいレンジ“１″（［００１１）を“
３″（［０１１］）にスクランブルしている。したがっ
て、ＰＮパターンは［０１０］である。同様に他の区間
でもＰＮパターンが、ランダムに変化することによって
、レンジ“２”が１”に、“３”が“２パに、４″が２
”に変換される。

こうしてスクランブルされたレンジデータは、受信側に
おいて、デスクランブル処理される。このデスクランブ
ル処理は、送信側と逆の変換である。即ち、スクランブ
ルレンジデータ［００１］に対しては、受信側のデスク
ランブル処理回路３０においてＰＮパターン［００１１
を発生することで、正しいレンジデータ［０００］を得
ることができる（区間Ｔ１）。また、区間Ｔ２のスクラ
ンブルレンジデータ［０１１］に対してＰＮパターン［
０１０］を発生することで、正しいレンジデータ［００
１１を得る。このように受信側では、送信側と同一のＰ
Ｎパターンを発生することで正しいレンジデータを解読
して取得している。ただし、このように送信側と同じＰ
Ｎパターンを発生する受信機は、デスクランブルのため
の平文化用キーデータが得られる契約加入者のみである
。

非契約加入者に対するこの発明のスクランブル音声波形
は、スクランブル状態のレンジデータによって、音声サ
ンプルデータ列を伸長処理するので、第２図点線波形に
示すように、各区間毎に段差を持った波形となる。即ち
９区間Ｔ１の音声データに対しては、レンジ“１″の伸
長処理を行うので、正常の場合の２分の１の振幅の音声
波形となる。区間Ｔ２においては、正常振幅の４倍の波
形が発生する。同様に区間Ｔ３．Ｔ４では２倍となり、
区間Ｔ５では４倍の波形となる。１区問は１［ｍ５ｅｃ
ｌであるので、ランダムなレンジデータによって生ずる
波形の段差は、１［ｌｌｌ５ｅＣ］毎に生じ、音声とし
て聞取ることは容易でない。

なお、第５図はスクランブルレンジデータの伝送方法を
示すフレーム図である。

この発明は、こうして音声信号に対しスクランブルを与
える事が出来るものである。

第３図はこの発明に係る他のスクランブル方法を説明す
る回路図である。

この第３図は、送信側は、入力するレンジデータをＲＯ
Ｍ３１のアドレスとしてそれに対応するデータを読出す
ことで、別のレンジデータを発生する回路である。そし
て、ＲＯＭ３１から発生したレンジデータは、伝送レン
ジデータとして伝送され、受信側に送出される。

受信側は、送信側のＲＯＭ３１と逆変換テーブルを持つ
ＲＯＭ３２を有し、このＲＯＭ３２に伝送レンジデータ
をアドレスとして入力する。これにより、送信側と同一
のレンジデータを得ようとするものである。この場合、
レンジデータと変換レンジデータとが一対一に対応して
しまうので、各ＲＯＭ３１．３２の容量を拡張し、例え
ば各ことなる変換テーブルを持つ４つの領域を切換える
ように構成する。３３はその切換情報の発生器である。

そして、切換情報発生器３３からの情報は、暗号器３４
で暗号化して受信側に伝送する。受信側は、復号器３５
にキーデータが与えられる場合に、暗号化された切換情
報を正しい切換情報に復号化して、ＲＯＭ３２を切換る
。

このような構成において、切換情報の切換タイミングは
、サンプルデータ列の区間に対応して変化させれば良い
。そして、この場合、レンジデータを解読しても、切換
情報を解読しなければ正しいデスクランブルは行えない
ので、よりセキュリティの高いシステムとなる。

第４図はスクランブルの他の方法を示１回路図である。

本実施例は、第１図で説明した排他論理和回路による変
換の代りに、送信側に加ｔフ器３６、受信側に引算器３
７を配置し、送信側においてはレンジデータと乱数発生
器３８からの乱数パターンとを加ｎして送り、受信側の
引算器３７において同一の乱数パターンを引算するもの
である。受信側における乱数パターンは、送信側の初期
値レジスタ３９と同一の初期値を発生する初期値レジス
タ４１からのデータにより、乱数発生器４０より発生す
る。この受信側の初期値データは、キーデータにより制
御される。

上記のごとくこの発明は、伝送音声データそのものには
スクランブルを加えず、レンジデータにスクランブルを
与え、伸長処理過程で振幅を正しく再現できないように
するものである。そして、レンジデータは３ビット程度
のデータであるため、スクランブル及びデスクランブル
処理回路の構成が簡潔化されるという利点がある。また
、この種の有料放送においては、契約加入者に対しては
、高品位な情報を提供することにある。この発明は伝送
音声データそのものにはスクランブルをかけることがな
いため、レンジデータのデスクランブル正確に行なわれ
ないことによる音声データの潰れは、従来のように伝送
音声データそのものにスクランブルをかける場合に比し
、程度が少ないというメリットもある。

また、この発明の最大のメリットとして、レンジデータ
のスクランブル処理及びデスクランブル処理が極めて低
速で行えることである。従来の、伝送音声データそのも
のにスクランブルを加えていたシステムによれば、数１
００　［Ｋｂｐｓ　］の処理速度が要求されるのに対し
、この発明ではその２００分の１の処理速度で良い。し
たがって、第１図の一点鎖線にて示すように、スクラン
ブル処理回路２９をコントロールする処理コントローラ
４２に対し、受信側に同様の処理コントローラ４３を設
け、このコントローラ４３をマイコン４４にブロクラム
した作業手順によって行うようにすることができる。こ
のよなシステムに調製することにより、マイコンのプロ
グラムが公開されない限り、スクランブルは不当に＠読
されることはなく、よりセキュリティ性の高いシステム
となる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、圧伸則の基準とな
るレンジデータをスクランブルしているので、スクラン
ブル及びデスクランブルの低速処理が可能となるという
効果がある。また、レンジデータのビット長は音声デー
タの比では無いので、各処理回路の構成も簡略化するこ
とができ、さらには、デスクランブルが正確に行えなか
った場合の被害も少ないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るデジタル音声伝送装置の一実施
例を示すブロック回路図、第２図はこの発明によりスク
ランブルされた音声信号の波形を示す波形図、第３図及
び第４図はこの発明によるレンジデータのスクランブル
方法を示す回路図、第５図はスクランブルレンジデータ
の伝送位置を示すフレーム図、第６図はデジタル音声伝
送システムの送信側の構成を示すブロック回路図、第７
図及び第８図はこの発明に関係する準瞬時圧伸用を説明
するための説明図、第９図及び第１０図は従来の伝送音
声データに対して行うスクランブル処理を示す説明図で
ある。 ２３・・・データ圧縮回路、２４・・・伝送路、２５・
・・データ伸長回路、２８・・・レンジデータ抽出回路
、２つ・・・スクランブル処理回路、３０・・・デスク
ランブル処理回路。 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送信側においては、 アナログ音声信号がＰＣＭ変換された音声サンプルデー
   タ列を所定区間に分け、この区間内での最大振幅データ
   が、予め定めた複数の振幅レンジのいずれに属するかに
   応じてその区間の前記音声サンプルデータ列をデータ圧
   縮するデータ圧縮手段と、 前記振幅レンジを示すレンジデータをスクランブルして
   送出するレンジデータ送出手段とを少なくとも有し、 受信側において、スクランブルされたレンジデータをデ
   スクランブルし、このデスクランブルレンジデータに基
   づいて、圧縮して伝送された音声サンプルデータ列を伸
   長するようにしたことを特徴とするデジル音声信号伝送
   装置。