NO144722B - Fremgangsmaate og anordning for siffrering og desiffrering av klanginformasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrbrer en fremgangsmåte for siffrering og desiffrering av klanginformasjon, som i tidsaksen deles opp i delblokker, som skiftes ut gjensidig ifblge en sifferin-formasjon, hvorved de ankommende, analoge klangsignaler deles opp i flere frekvensbånd, hvorav hvert bestemmer en informasjonskanal; samt en anordning for gjennomfbring av fremgangsmåten med minst ett frekvensfordelingsfilter på inngangssiden til oppdeling av de ankommende, analoge klangsignaler i flere frekvensbånd, som hver bestemmer en informasjonskanal.

Ved de kjente metoder og anordninger for tale-siffrering oppdeles i det vesentlige to grupper: Ved den ene gruppe omdannes de analoge talesignaler til digitale signaler, f.eks. ved hjelp av en stemmekoder, (Voice coder), et puls-kode-modulasjonssystem eller et delta-modulasjonssystem. Pulsene blir på kjent måte bundet sammen ved hjelp av kbdepul-ser, som genereres av en kodegenerator. De således siffrerte tegn sendes til mottakersiden og omdannes der på tilsvarende måte til desiffrerte, analoge talesignaler.

Denne gruppe har fordelen ved hby klangkvalitet og stort over-skudd ("hohe Redundanz") av den overforte informasjon. Dessuten foreligger det så mange variasjonsmuligheter ved siffreringen at sikkerheten mot ubefbyet desiffrering er stor.

En ulempe er dog den nbdvendige, store båndbredde for overforingen og bmfintligheten med henblikk på faseforskyvninger i formidlingssystemet.

Ved den andre gruppen skjer ingen omdanning av de analoge talesignaler til digitale signaler. Taleinformasjonen oppdeles i delgrupper i frekvens- og/eller tidsaksen. Disse delgrupper permuteres deretter ved hjelp av en kodeinformasjon, som genereres av en kodegenerator, slik at det oppstår en ny rekkefolge av delgruppene. Informasjonen som sådan er imidlertid fortsatt anbrakt i samme frekvensområde og er av samme type som den opp-rinnelige taleinformasjon. Til overforing av informasjonen kan det således uten ulemper benyttes overfbringssystemer for tale-overfbring med en tilsvarende begrenset båndbredde.

Derved oppstår den fordel at det ikke kreves ekstremt store båndbredder for overforing av informasjonen og at faseforskyvninger i overføringssystemet praktisk talt ikke får noen innfly-telse på den overforte informasjons kvalitet.

Denne andre gruppe har imidlertid den ulempe at variasjonsmulig-hetene når det gjelder permutering av delgruppene er forholds-vis begrenset, slik at effektiv sikring mot at en ubefbyet tred-jeperson får kjennskap til den desiffrerte informasjon neppe er mulig.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å eliminere de sist nevnte ulemper.

Oppgaven ligger således i å tilveiebringe en fremgangsmåte hhv. en anordning for siffrering eller desiffrering av klanginformasjon, som muliggjbr stor sikkerhet mot ubefbyet desiffrering uten at informasjonsoverfbringen nbdvendiggjbr overfbringskana-ler med båndbredder som er vesentlig stbrre enn de båndbredder som kreves til overforing av taleinformasjonen.

Denne :6ppgave loses ifblge oppfinnelsen på basis av den innled-ningsvis nevnte fremgangsmåte ved at de analoge klangsignaler for hver informasjonskanal omdannes til digitale signaler, som i tidsaksen oppdeles i hovedblokker, at de tidsmessig like hovedblokker for hver informasjonskanal oppdeles i tidsmessig li-ke store underavsnitt, som ifblge en kodeinformasjon skiftes ut med underavsnitt fra samme hovedblokk eller med underavsnitt fra en tidsmessig tilsvarende hovedblokk for en annen informasjonskanal, og at det etter utskiftning i hver informasjonskanal skjer en omdanning av de digitale signaler til analoge signaler og en sammenstilling av de utskiftede underavsnitt til nye hovedblokker, slik at videre bearbeidelse av de tidsmessig like, nye hovedblokker i hver informasjonskanal muliggjores.

Anordningen for gjennomfbring av denne fremgangsmåte er ifblge oppfinnelsen karakterisert ved en bak frekvensfordelingsfilteret innkoblet analog-digitalomformer i hver informasjonskanal for omforming av de analoge klangsignaler til digitale signaler, ved en lagringskobling, som lagrer pulsseriene fra analog-digi-talomf ormerne og som deler opp de innmatede pulsserier fra hver informasjonskanal i tidsmessige hovedblokker samt deler opp hovedblokkene i tidsmessig like store underavsnitt, ved en kodegenerator som samvirker med lagringskoblingen for generering av en siffreringsinformasjon som tilfores lagringskoblingen, hvorved sistnevnte omfatter en koblingsinnretning, som gjennom-fører utskiftning av underavsnittene for hver hovedblokk med underavsnitt for samme hovedblokk eller med underavsnitt fra en tidsmessig tilsvarende hovedblokk i en annen informasjonskanal ifblge den mottatte siffreringsinformasjon, ved en etter lag - ringskoblingen innkoblet digital-analogomformer i hver informasjonskanal for omforming av de digitale signaler til analoge signaler, hvorved det ved utgangen for hver informasjonskanal oppstår nye, tidsmessig like hovedblokker bestående av utskiftede undergrupper til videre behandling.

I det fblgende skal et utfbrelseseksempel av oppfinnelsens gjenstand beskrives nærmere under henvisning til den skjema-tiske tegning, hvor

fig. 1 viser et anlegg for siffrering, omforming og desiffrering av taleinformasjon,

fig. 2 viser et blokkdiagram for en anordning for siffrering hhv. desiffrering av taleinformasjonen og

fig. 3 viser to tidsmessig like hovedblokker av taleinformasjonen, som er oppdelt i undergrupper.

Et anlegg for siffrering, omforming og desiffrering av taleinformasjon er skjematisk gjengitt i fig. 1. På sendersiden foreligger en elektro-akustisk omformer 1, f.eks. en mikrofon, som omformer lydbolgene til lydfrekvens-spenninger. De analoge talesignaler som opptrer ved omformerens 1 utgang, vil i en fors-te koblingsenhet 2 på sendersiden, som vil bli nærmere omtalt nedenfor, bli oppdelt i to eller flere frekvensbånd. Analogsignalene i hvert frekvensbånd omformes til digitale signaler, som i tidsaksen oppdeles i hovedblokker A,B. Hver hovedblokk A, B oppdeles i et gitt antall av tidsmessig like store underavsnitt. Ved det omtalte utforelseseksempel blir hovedblokkene oppdelt i fire underavsnitt 1-4. I en annen koblingsenhet 3 på sendersiden, som likeledes vil bli nærmere omtalt nedenfor, blir underavsnittene 1-4 for hovedblokkene A,B skiftet ut med underavsnitt i samme hovedblokk og/eller med underavsnitt i en tidsmessig tilsvarende hovedblokk i et annet frekvensbånd, hvorved denne utskifting skjer ifblge siffreringsinformasjon generert av en kodegenerator. I denne andre koblingsenhet 3 skjer i tilslutning en omforming av de digitale signaler for de utskiftede underavsnitt til analoge signaler og en sammenstilling av de utskiftede undergrupper til nye hovedgrupper A',B'. Disse nye hovedgruppene A', B' sendes via overfbringsstreknin-gen U til mottakersiden E.

De ankommende hovedblokker A',B' vil i en fbrste koblingsenhet 4 på mottakersiden deles opp i et frekvensbånd-antall som svarer til sendersidens S. Analogsignalene i hver hovedblokk A',

B' omformes i koblingsenheten 4 til digitale signaler, som igjen deles opp i hovedblokker, oppdelt i underavsnitt. Videre vil de utskiftede underavsnitt 1-4 for de tidsmessig like hovedblokker A',B' ifblge en siffreringsinformasjon, som genereres av en kodegenerator og svarer til siffreringsinformasjonen på Sendersiden S, skiftes ut igjen, slik at rekkefblgen av underavsnitt 1-4 i hver hovedblokk A,B igjen svarer til den opprin-nelig foreliggende rekkefolge på sendersiden S. I en andre koblingsenhet 5 på mottakersiden blir de digitale signaler for hovedblokkene A, B igjen omformet til analoge signaler, som ved hjelp av en elektro-akustisk omformer 6 (hbyttaler) igjen omformes til lydeffekt.

Under henvisning til blokkskjemaet i fig. 2 skal anordningen på sendersiden til siffrering av taleinformasjonen beskrives nedenfor.

De analoge, ikke siffrerte talesignaler fra den ikke viste elektro-akustiske omformer 1, ankommer ved inngangen INN og blir oppdelt i to frekvensbånd ved hjelp av et frekvensfordelingsfilter 7, som består av to filtere 8,9. Hvert frekvensbånd bestemmer en informasjonskanal 1^ hhv. Ij. Etter frekvensfordelingsfilteret 7 er det i hver informasjonskanal I]_#I2 koblet en analog-digitalomformer 10 hhv. 11, som omformer de analoge til digitale signaler. Digitalomformingen av den analoge taleinformasjon kan skje på kjent måte, f.eks. ifblge den modifiserte delta-metode som angitt i sveitsisk patentskrift 542 552. Pulsseriene som opptrer ved omformernes 10,11 utgan-ger, deles opp i de allerede nevnte hovedblokker A, B, som ma-tes inn i en lagringskobling 12. Hver hovedblokk A,B deles opp i et gitt antall tidsmessig like store underavsnitt A1-A4 hhv. B1-B4, som vist i fig. 3 og omtalt i forbindelse med fig. 1. Hvert underavsnitt 1-4 dannes f.eks. av fem eller syv bits, analogt med 5- eller 7-gruppene, som tjener til gjengivelse av et tegn i CCITT-fjernskrivningskoden nr. 2 hhv. 5.

Lagringskoblingen 12 omfatter en ikke nærmere gjengitt kob-lingsanordning, hvori underavsnittene A1-A4 hhv. B1-B4 for tidsmessig tilsvarende hovedblokker A og B (fig. 3) permuteres med underavsnitt av samme hovedblokk eller med underavsnitt av en hovedblokk for den andre informasjonskanal. Denne permutering er mulig, da pulspakkene som danner de enkelte underavsnitt er tids- og frekvensmessig nbytrale.

Permuteringen av underavsnittene skjer på basis av en kodeinformasjon, som genereres av en ikke nærmere omtalt kodegenerator 13. Genereringen av denne kodeinformasjon, som stadig for-andres, skjer på en måte som er i og for seg kjent i kryptolo-gien. En taktgiver 14 er anordnet for synkronisering av lagringskoblingen 12 og kodegeneratoren 13.

Etter permutering av underavsnittene A1-A4 hhv. B1-B4 fores pulsene for disse underavsnitt i hver informasjonskanal 1^ hhv. I2 til en digital-analogomformer 15 hhv. 16, hvor digitalsig-nalene omformes til analoge signaler. Denne digital-analogom-forming skjer på samme måte som analog-digitalomformingeri i omformerne 10 og 11.

Underavsnittene som er fort sammen til nye hovedblokker A',

B' (fig. 1), vil i hver informasjonskanal I,,I 2 °PPtre som et kontinuerlig analogsignal, som tilfores et utgangsfordelings-filter 17, som består av to filtere 18,19. I 17 blir analogsignalene for hver informasjonskanal I^/I2 sammensatt* ^ signaler som opptrer ved utgangen UT og danner en siffrert taleinformasjon, overfores til mottakersiden på en i og for seg kjent, egnet måte. De tidsmessig like hovedblokker A',B' overfores derved parallelt.

Ovenfor omtalte anordning omfatter de to koblingsenhetene 2

og 3 som er vist i fig. 1.

Anordningen ifblge fig. 2 kan tilsvarende tjene til desiffrering av siffrerte analogsignaler som opptrer ved inngangen INN, hvorved funksjonsmåten svarer til den som er omtalt ovenfor. Ved utgangen UT opptrer da de desiffrerte, klare analogsignaler, som blir gjort horbare i den elektro-akustiske omformer 6 (fig. 1). I dette tilfelle omfatter anordningen ifblge fig. 2 koblingsenhetene 4 og 5 ifblge fig. 1.

For sikring av korrekt desiffrering på mottakersiden av taleinformasjonen som er siffrert på sendersiden, må de to kode-generatorer på mottaker- og sendersiden synkroniseres med hverandre. Denne synkronisering kan oppnås på forskjellige må-ter. Ved den omtalte oppdeling i flere, dvs. minst to frekvensbånd, er det f.eks. mulig å anordne en lydbærer mellom fre-kvensbåndene. I fig. 3 er denne lydbærer betegnet med 20 og den er lagt inn mellom de to frekvensbånd som er angitt ved hovedblokkene A, B, ved 1600 hz. Denne lydbærer frekvensmodule-res med ringe frekvensawik. Denne frekvensmodulerte lydbærer vil til enhver tid overfores til mottakersiden anordnet mellom to tidsmessig like hovedblokker.

Frekvensmoduleringen tjener på kjent måte til synkronisering av kodegeneratoren på mottakersiden. Selve bæreren kan samti-dig virke som referansefrekvens for anordningen på mottakersiden og dens nivå kan virke som referansenivå. Det er fordelak-tig at overforingen skjer over radiostrekninger og at anordningen på mottakersiden ikke er kvartsstabilisert. Ved klarin-formasjon vil små frekvensawik ikke spille noen rolle, idet mennesket kan gjenkjenne taleinformasjon, som endog er betydelig frekvensforskjovet. Dette gjelder dog ikke siffreringsan-ordninger. På grunn av lydbæreren blir det imidlertid mulig å forskyve de på mottakersiden ankommende signaler i det korrek-te frekvensleie for mottakeranordningen, hvilket skjer ved hjelp av automatisk frekvensavstemning, som normalt er kjent fra hoyfrekvensområdet, og nå benyttes i lavfrekvensområdet.

For at den ovenfor omtalte synkronisering skal kunne gjennom-føres, må siffreringsanordningen på sendersiden omfatte en lydgenerator for generering av lydbæreren og en tilsvarende innretning for frekvensmodulasjon. Den mottagende desiffre-ringsanordning må tilsvarende omfatte en demoduleringsinnret-ning og en frekvens- og nivåavstemningsinnretning.

Det omtalte system har den fordel at det muliggjbr en mangfol-dighet av variasjonsmuligheter ved permuteringen av underavsnittene. Ved det omtalte utforelseseksempel med to frekvensbånd og fire underavsnitt pr. hovedblokk fås 8: = ca. 4.xl0<4 >permuteringer, som ved tilsvarende anordning av siffrerings-generatoren gir stor sikkerhet mot désiffrering av uvedkommen-de.

Det er mulig å dele opp de ankommende talesignaler i mer enn to frekvensbånd og/eller å dele opp hovedblokkene for hvert frekvensbånd i fler enn fire underavsnitt. Derved bkes det mu-lige permuteringstall betydelig.

Desiffrering ved korrelasjon ér i hby grad vanskeliggjort ved det omtalte anlegg, idet den foreliggende, siffrerte informasjon dannes av en sekvens av pulspakker som forholder seg tids-og frekvensmessig nbytralt.

Det omtalte anlegg har ingen mekanisk bevegede deler og krever kun vanlige talekanaler for overforing av den siffrerte informasjon.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for siffrering "hhv. des<i>ffrering av klanginformasjon, som i tidsaksen deles opp i délblokker, som' skiftes ut innbyrdes ifblge en kodeinformasjon, hvorved de ankommende, analoge klangsignaler deles opp i flere frekvensbånd, som hver bestemmer en informasjonskanal, karakterisert ved at de analoge klangsignaler i hver informasjonskanal (I^I,,) omformes til digitale signaler, .som i tidsaksen deles opp i hovedblokker (A,B), at de tidsmessig like hovedblokker (A,B) i hver informasjonskanal ( l^,!^) tidsmessig deles opp i like store underavsnitt (A1-A4, B1-B4), som ifblge en kodeinformasjon skiftes ut med underavsnitt fra samme hovedblokk eller med underavsnitt fra en tidsmessig tilsvarende hovedblokk for en annen informasjonskanal, og at det etter utskiftning i hver informasjonskanal (I^,^) skjer en omforming av de digitale signaler til analoge signaler og en sammenstilling av de utskiftede'underavsnitt til nye hovedblokker (A',B') slik at viderebearbeidelse av de tidsmessig like nye hovedblokker (A',B') i hver informasjonskanal muliggjbres.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ved siffrering mellom to tidsmessig like hovedblokker (A,B; A',B') for to informasjonskanaler ( IltI2) anordnes en frekvensmodulert lydbærer (20), som ved desiffrering virker som synkroniseringsinformasjon og frekvensreferanseverdi.

3. Anordning for gjennomfbring av fremgangsmåten som angitt i krav 1, med minst et frekvensfordelingsfilter på inngangssiden til oppdeling av de ankommende, analoge klangsignaler i flere frekvensbånd, som hvert bestemmer en informasjonskanal, karakterisert ved en analog-digitalomformer (10,11) koblet bak frekvensfordelingsfilteret (7) i hver informasjonskanal (I1#I2) for omforming av de analoge klangsignaler til digitale signaler, ved en lagringskobling (12) som lagrer pulsseriene fra analog-digitalomformerne (10,11) og som deler opp til innmatede pulsserier i hver informasjonskanal (I,,I0) i tidsmessig like hovedblokker (A,B) og deler opp disse hovedblokker i tidsmessig like store underavsnitt (A1-A4,B1-B4), ved en kodegenerator (13) som samvirker med lagringskoblingen for generering av en kodeinformasjon som tilfores lagringskoblingen (12), hvorved lagringskoblingen omfatter en koblingsinnretning, som gjennomforer utskiftning av underavsnittene i hver hovedblokk (A,B) med underavsnitt i samme hovedblokk eller med underavsnitt i en tidsmessig tilsvarende hovedblokk fra en annen informasjonskanal ifolge den mottatte kodeinformasjon, ved en etter lagringskoblingen (12) innkoblet digital-analogomformer (15,16) i hver informasjonskanal (I1,I2) for omform-ing av de digitale signaler til analoge signaler, hvorved det ved utgangen for hver informasjonskanal (I^Ij) fremkommer nye tidsmessig like hovedblokker (A',B<f>) dannet av utskiftede underavsnitt, for viderebearbeidelse.

4. Anordning som angitt i krav 3,karakterisert ved at det etter digital-analogomformerne (15,16) er anordnet en utgangsfilteranordning (17), som dannes av filtere (18,19) anordnet i hver informasjonskanal (I^,!^) og ved hvis utgang (UT) de siffrerte hhv. desiffrerte, analoge klangsignaler opptrer.

5. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at frekvensfordelingsfilteret (7) på inngangssiden består av minst to filtere (8,9), som er anordnet i hver sin informasjonskanal (I^,]^).

6. Anordning som angitt i krav 3 for siffrering av klanginformasjon, karakterisert ved en lydgenerator for generering av en lydbærer og en moduleringsinnretning til frekvensmodulering av denne lydbærer, hvorved den frekvensmodulerte lydbærer anordnes mellom tidsmessig like hovedgrupper (A, B; A',B') for to informasjonskanaler (I-^Ij) og virker som synkroniseringsinformasjon og frekvensreferanseverdi for den desiffrerende anordning.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at lydbærerén virker som nivåreferansestorrelse.