RU2310282C2 - Generator of speech-like noise signal - Google Patents
Generator of speech-like noise signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310282C2 RU2310282C2 RU2005131288/09A RU2005131288A RU2310282C2 RU 2310282 C2 RU2310282 C2 RU 2310282C2 RU 2005131288/09 A RU2005131288/09 A RU 2005131288/09A RU 2005131288 A RU2005131288 A RU 2005131288A RU 2310282 C2 RU2310282 C2 RU 2310282C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- speech
- comparator
- input
- noise
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к области создания искусственных помех для маскировки акустических и электромагнитных каналов утечки речевой информации.The invention relates to the field of creating artificial noise to mask acoustic and electromagnetic channels of speech leakage.
Уровень техники.The level of technology.
Известно, что ценность экономической, политической, научно-технической информации многократно превышает ценность материальных объектов. Поэтому чрезвычайно актуальны средства защиты от несанкционированной утечки информации государственного, оборонного, научно-технического и коммерческого содержания.It is known that the value of economic, political, scientific and technical information is many times greater than the value of material objects. Therefore, means of protection against unauthorized leakage of information of state, defense, scientific, technical and commercial content are extremely relevant.
Кроме организационных мер, предписывающих персоналу определенные правила поведения, для защиты содержательной информации применяют сложные технические средства. В частности, для уменьшения утечки информации по акустическим и радиоканалам, по телефонной сети, по цепям питания используемой аппаратуры и т.п. применяют специальные схемы маскирования информационных сигналов, уменьшающие возможность их несанкционированного прослушивания (например, Роткевич В. и Роткевич П. «Техника измерений при радиоприеме», М.: Связь, 1969, стр.374-381).In addition to organizational measures that prescribe certain rules of conduct for personnel, sophisticated technical tools are used to protect meaningful information. In particular, to reduce the leakage of information on acoustic and radio channels, on the telephone network, on the power circuits of the equipment used, etc. apply special schemes for masking information signals that reduce the possibility of unauthorized listening (for example, Rotkevich V. and Rotkevich P. "Measurement technique for radio reception", M .: Communication, 1969, pp. 374-381).
В работе Хорева А.А. («Методы и средства поиска электронных устройств перехвата информации», М.: Минобороны РФ, стр.24) представлены примеры сетевых закладок, которые устанавливают в электрические розетки, в удлинители; в аппаратуру, питающуюся от сети переменного тока, или непосредственно в силовую линию. Закладки предназначены для съема речевой информации. Аппаратура усиления речевой информации должна быть защищена по каналу утечки через сеть питания. Без принятия мер защиты усилительная аппаратура вносит реакцию в сеть в соответствии с усиливаемыми сигналами, что дает возможность их выделения из сети, т.е. возможность утечки информации. Применение сетевых фильтров и эквивалентов сети в таком диапазоне частот почти не ослабляет электрические сигналы. Сетевые фильтры на звуковые частоты громоздки и обеспечивают в диапазоне 100-10000 Гц затухание порядка 5-10 дБ, чего явно недостаточно.In the work of Khorev A.A. (“Methods and means of searching for electronic devices for intercepting information”, Moscow: Ministry of Defense of the Russian Federation, p.24) are examples of network bookmarks that are installed in electrical outlets, in extension cords; into equipment powered by AC power, or directly into the power line. Bookmarks are designed to remove voice information. Voice amplification equipment should be protected through the leakage channel through the power supply network. Without taking protective measures, the amplification equipment makes a reaction to the network in accordance with the amplified signals, which makes it possible to isolate them from the network, i.e. the possibility of information leakage. The use of network filters and network equivalents in this frequency range almost does not weaken the electrical signals. Network filters for audio frequencies are cumbersome and provide attenuation of the order of 5-10 dB in the range of 100-10000 Hz, which is clearly not enough.
Другим направлением защиты информации техническими средствами является создание искусственных помех в электромагнитных каналах утечки информации - генераторов маскирующих сигналов, мощность которых превышает мощность электромагнитных сигналов утечки информации. Это существенно снижает возможность обнаружения и приема информации. Современная модификация такого способа маскировки приведена, например, в заявке В.Железняка №2005103317 от 10 февраля 2005 г. (Способ маскировки электромагнитных каналов утечки речевых сигналов звукоусилительной аппаратуры). Способ предусматривает генерацию, усиление и излучение маскирующего шумового сигнала и отличается тем, что усиление шумового сигнала производят в режиме В или АВ, применяют импульсную автокомпенсационную стабилизацию напряжения питания усилителя мощности шумового сигнала, при этом фильтруют стабилизированное напряжение фильтром верхних частот.Another area of information protection by technical means is the creation of artificial interference in electromagnetic channels of information leakage - masking signal generators whose power exceeds the power of electromagnetic information leakage signals. This significantly reduces the ability to detect and receive information. A modern modification of this method of masking is given, for example, in the application of V.Zheleznyak No. 2005103317 dated February 10, 2005 (A method for masking the electromagnetic channels of leakage of speech signals of sound amplification equipment). The method provides for the generation, amplification and emission of a masking noise signal and is characterized in that the noise signal is amplified in the B or AB mode, pulse self-compensation stabilization of the power supply voltage of the noise signal power amplifier is applied, and the stabilized voltage is filtered with a high-pass filter.
Маскирующий шумовой сигнал поступает в излучающую антенну (акустическую, вибрационную, электрическую, магнитную). Мощность излучаемого шумового сигнала должна многократно превышать мощность сигналов утечки маскируемых сигналов.The masking noise signal enters the emitting antenna (acoustic, vibrational, electrical, magnetic). The power of the emitted noise signal should be many times greater than the power of the leakage signals of the masked signals.
Устройство эффективно предотвращает или существенно уменьшает электромагнитную утечку информации и по эфиру и по промышленной сети переменного тока.The device effectively prevents or significantly reduces electromagnetic leakage of information over the air and industrial AC network.
Однако в настоящее время известно множество эффективных устройств (например, корреляторы), позволяющих выделить речевой сигнал даже на фоне мощных шумов. При этом первым шагом для организации подслушивания является выявление самого факта наличия сигнала в анализируемой смеси сигнала и маскирующего его шума. Если известно, что в этой смеси имеется сигнал - рано или поздно сигнал будет выделен.However, at present, many effective devices are known (for example, correlators), which make it possible to isolate a speech signal even against the background of powerful noises. In this case, the first step for organizing eavesdropping is to identify the fact of the presence of a signal in the analyzed mixture of the signal and the noise masking it. If it is known that there is a signal in this mixture, sooner or later the signal will be highlighted.
Развитием устройств маскирования является выбор вида маскирующего сигнала. Для обеспечения скрытности (исключения возможности подслушивания) необходимо:The development of masking devices is the choice of the type of masking signal. To ensure stealth (except for eavesdropping), you must:
либо излучать чрезвычайно мощные речевые и музыкальные сигналы, подавляющие сигналы акустических и электромагнитных утечек маскируемых речевых сигналов (сигналы каналов утечки информации имеют несопоставимо меньшие мощности),or emit extremely powerful speech and music signals that suppress acoustic and electromagnetic leakage signals of masked speech signals (information leakage channel signals have incomparably lower powers),
либо максимально подавить признаки речи из возможных каналов утечки маскируемых речевых сигналов, что требует чрезвычайно больших мощностей маскирующих шумов и, тем не менее, не исключает возможности обнаружения речевого сигнала.or to suppress speech symptoms from possible leakage channels of masked speech signals, which requires extremely large powers of masking noise and, nevertheless, does not exclude the possibility of detecting a speech signal.
Еще одним недостатком использования шумового сигнала в качестве маскирующего является то, что его пик-фактор по критерию 3σ составляет 9,5 дБ (по напряжению), в то время как пик-фактор речи составляет 14 дБ. Для подавления речевого сигнала необходимо увеличить уровень шумового сигнала таким образом, чтобы перекрыть уровень речевого сигнала. Увеличение уровня шумового сигнала разрушает в большой мере переходы через нуль речевого сигнала, т.е. сигнал в шумах обнаружить практически невозможно. Мерой разрушения речевого сигнала является разрушение переходов через нуль до такой степени, что их закон становится практически нормальным, так как известно, что при глубоком амплитудном ограничении речевого сигнала его разборчивость остается высокой.Another disadvantage of using a noise signal as a masking signal is that its peak factor according to the 3σ criterion is 9.5 dB (voltage), while the speech peak factor is 14 dB. To suppress a speech signal, it is necessary to increase the level of the noise signal in such a way as to block the level of the speech signal. An increase in the noise signal level destroys to a large extent the transitions through the zero of the speech signal, i.e. Signal in noise is almost impossible to detect. A measure of the destruction of a speech signal is the destruction of transitions through zero to such an extent that their law becomes almost normal, since it is known that with a deep amplitude limitation of the speech signal, its intelligibility remains high.
Известны устройства маскирования путем излучения в эфир ложных отвлекающих речевых сигналов. Для повышения надежности маскировки ложный отвлекающий речевой сигнал может быть выполнен малоразборчивым. Подслушивающая сторона в конце-концов обнаружит его на фоне многих других сигналов и начнет активно анализировать. Это отвлечет ее от поисков реально маскируемого источника, тем самым на время обеспечит его скрытность (В.Г.Грибунин, И.Н.Оков, И.В.Туринцев. «Цифровая стеганография. Аспекты защиты», М.: СОЛОН-пресс, 2002 г.).Known devices for masking by radiation into the air of false distracting speech signals. To increase the reliability of masking, a false distracting speech signal can be made inaudible. The eavesdropper will eventually detect it against the background of many other signals and begin to actively analyze. This will distract her from the search for a really masked source, thereby temporarily ensuring its secrecy (V.G. Gribunin, I.N.Okov, I.V. Turintsev. "Digital steganography. Aspects of protection", M .: SOLON-press, 2002).
Наиболее известны устройства создания речеподобного шумового сигнала путем мозаичных частотных и временных перестановок составляющих речевого сигнала. Они реализованы, например, в скремблере «ГРОТ», описанном в «Каталоге МАСКОМ» центра безопасности информации, изд. 2001 г. (ксерокопия приложена).The most known devices for creating a speech-like noise signal by tiling frequency and time permutations of the components of the speech signal. They are implemented, for example, in the grotto scrambler described in the MASKOM catalog of the information security center, ed. 2001 (photocopy attached).
Устройство производит разделение текущего речевого спектра или временного интервала речевого сигнала на частотные или временные фрагменты и взаимную перестановку их по заданному алгоритму. Это устройство наиболее близко к заявляемому и поэтому выбран нами за прототип.The device separates the current speech spectrum or time interval of the speech signal into frequency or time fragments and interchanges them according to a predetermined algorithm. This device is the closest to the claimed and therefore we have chosen for the prototype.
Устройство успешно используется многие годы, позволяет сделать речевой сигнал неразборчивым в цепях передачи и каналах возможной утечки информации, но при этом может быть полностью восстановлен на приемном конце.The device has been used successfully for many years, it makes the speech signal illegible in the transmission circuits and channels of possible information leakage, but it can be completely restored at the receiving end.
Однако при применении этого устройства остается принципиальная возможность восстановления исходного сигнала подслушивающей стороной, например, путем раскрытия алгоритма перестановок элементов речевого сигнала посредством компьютерной обработки подозрительного записанного фрагмента или похищения алгоритма обработки. Частично это можно исправить периодическим изменением алгоритма, но это не гарантирует скрытности речевой информации, поскольку момент раскрытия алгоритма подслушивающей стороной неизвестен маскируемой стороне.However, when using this device, it remains in principle possible to restore the original signal by the eavesdropper, for example, by disclosing an algorithm for rearranging elements of a speech signal by computer processing of a suspiciously recorded fragment or by stealing the processing algorithm. This can be partially corrected by a periodic change in the algorithm, but this does not guarantee the secrecy of speech information, since the moment of disclosure of the algorithm by the listening side is unknown to the masked side.
К тому же, речь, преобразованная в цифровую форму, плохо маскируется шумовым сигналом, так как сигнал в цифровой форме является сложным, а шумовой сигнал - простым.In addition, speech converted to digital form is poorly masked by a noise signal, since the digital signal is complex and the noise signal is simple.
Кроме того, устройство-прототип дорого, поскольку требует создания перестраиваемых маскирующих кодирующих и декодирующих устройств и соблюдения режима секретности кодирования на всех объектах-пользователях.In addition, the prototype device is expensive because it requires the creation of tunable masking encoding and decoding devices and compliance with the encryption privacy mode at all user objects.
Задача изобретенияObject of the invention
Задача изобретения - повысить маскирующее действие речеподобного шумового сигнала и удешевить его реализацию. Необходимо сформировать маскирующий сигнал, который одновременно маскирует аналоговый сигнал и речевой сигнал в цифровой форме.The objective of the invention is to increase the masking effect of a speech-like noise signal and reduce the cost of its implementation. It is necessary to create a masking signal that simultaneously masks the analog signal and the speech signal in digital form.
Сущность изобретения - решение задачи.The invention is a solution to the problem.
Исходные предпосылки.Initial premises.
Теоретики разборчивости речи показали, что разборчивость искаженной речи зависит главным образом от сохранения неизменными точек пересечения речевым сигналом нуля. Именно поэтому клиппированная речь (т.е. речь, максимально усиленная, когда остались неизменными только точки пересечения нуля) вполне разборчива и даже узнаваема. Известно также, что точки пересечения нуля являются одними из основных характеристик: формант речи. Поэтому вышеизложенную мысль можно выразить иначе - разборчивость речи определяется сохранением ее формантной структуры (Р.К.Потапов. «Речевое управление роботом», М.: Радио и связь, 1989).Speech intelligibility theorists have shown that the intelligibility of distorted speech depends mainly on keeping the zero crossing points of the speech signal unchanged. That is why clipped speech (that is, speech maximized when only the zero crossing points remained unchanged) is quite legible and even recognizable. It is also known that zero crossing points are one of the main characteristics: speech formants. Therefore, the foregoing thought can be expressed differently - speech intelligibility is determined by the preservation of its formant structure (RK Potapov. “Speech control of a robot”, M .: Radio and communication, 1989).
Из известности этих фактов заявитель предположил обратную зависимость - можно исказить речь до полной неразборчивости путем разрушения ее формантной структуры. Это можно осуществить путем модуляции шумовым сигналом точек пересечения нуля речевого сигнала.From the fame of these facts, the applicant suggested an inverse relationship - you can distort speech to complete illegibility by destroying its formant structure. This can be done by modulating with a noise signal the zero crossing points of the speech signal.
Известно, что фазовые дрожания речевого сигнала по случайному закону в аппаратуре связи, магнитной записи обусловливают частотную модуляцию как гармонического, так и импульсного сигнала (Дворецкий И.М., Дриацкий И.Н. «Цифровая передача сигналов звукового вещания». М.: Радио и связь, 1989), снижающие качество воспроизводимого речевого сигнала, т.е. его разборчивость. В работе Вымяна Г.В. («Передача речи по сетям электросвязи». - М.: Радио и связь, 1985, с.13) формантами называются усиленные частотные области спектра данного звука, позволяющие отличить его при слуховом восприятии от других звуков. Звуки речи отличаются по своему спектральному составу друг от друга как числом формант, так и расположением их в частотном спектре. Под спектром формант понимается зависимость наивероятнейшего в течение длительного времени спектрального уровня формант В от частоты f.It is known that phase jitter of a speech signal according to a random law in communication equipment and magnetic recording determines the frequency modulation of both harmonic and pulse signals (Dvoretsky IM, Driatsky IN “Digital transmission of sound broadcasting signals.” M .: Radio and communication, 1989), which reduce the quality of the reproduced speech signal, i.e. his legibility. In the work of Vymyan G.V. (“Voice transmission over telecommunication networks.” - M .: Radio and communications, 1985, p.13) formants are the amplified frequency spectral regions of a given sound, which distinguish it from other sounds during auditory perception. Speech sounds differ in their spectral composition from each other both in the number of formants and in their arrangement in the frequency spectrum. By the spectrum of formants is meant the dependence of the most likely for a long time spectral level of formants B on the frequency f.
В работе Потапова Р.К. («Речевое управление роботом». - М.: Радио и связь, 1989, стр.9) определено понятие частоты форманты, как максимума спектральной плотности речевого сигнала либо как максимальная средняя частота спектра в области соответствующей форманты, определяемая количеством ее переходов за единицу времени в соответствующем диапазоне частот. Одним из способов выделения формант является определение максимального числа пересечений речевого сигнала через нуль в соответствующей частотной области путем измерения плотности переходов речевого сигнала. Разрушение плотности переходов речевого сигнала в соответствующей частотной области снижает разборчивость речи.In the work of Potapov R.K. (“Speech control of a robot.” - M .: Radio and communications, 1989, p. 9) the notion of formant frequency is defined as the maximum spectral density of a speech signal or as the maximum average frequency of the spectrum in the region of the corresponding formant, determined by the number of its transitions per unit time in the corresponding frequency range. One way to isolate formants is to determine the maximum number of intersections of the speech signal through zero in the corresponding frequency domain by measuring the density of transitions of the speech signal. Destruction of the density of transitions of the speech signal in the corresponding frequency domain reduces speech intelligibility.
В работе Бабуркина В.Н., Гензеля Г.С. и Павлова Н.Н. («Электроакустистика и радиовещание. Акустические вопросы вещания». - М.: Связь, 1967, с. 208) показано, что паразитная частотная модуляция в виде детонации искажает звуковые сигналы. Паразитная частотная модуляция искажает спектральное распределение звукового сигнала (Кантор Л.Я. «Методы повышения помехоустойчивости приема ЧМ сигналов». М.: Связь, 1967). В работе Раковского В.В. («Измерение в аппаратуре записи звука кинофильмов». М.: Искусство, 1962, с.56-63) представлены пороговые уровни восприимчивости слуха к паразитной частотной модуляции. Они составляют от 0,003% до 0,03% в зависимости от частоты модулируемого колебания и частоты модуляции. Увеличение паразитной частотной модуляции снижает разборчивость речи.In the work of Baburkin V.N., Hansel G.S. and Pavlova N.N. ("Electro-acoustics and broadcasting. Acoustic issues of broadcasting." - M .: Svyaz, 1967, p. 208) it is shown that spurious frequency modulation in the form of detonation distorts sound signals. Spurious frequency modulation distorts the spectral distribution of the audio signal (Kantor L.Ya. “Methods for improving the noise immunity of receiving FM signals.” M .: Communication, 1967). In the work of Rakovsky V.V. (“Measurement in movie sound recording equipment.” M: Art, 1962, p. 56-63) threshold levels of hearing sensitivity to spurious frequency modulation are presented. They range from 0.003% to 0.03%, depending on the frequency of the modulated oscillation and the modulation frequency. An increase in spurious frequency modulation reduces speech intelligibility.
Задача решена тем, что в формирователь речеподобного шумового сигнала из исходного речевого сигнала, содержащий последовательную цепь, содержащую первый компаратор, интегратор и второй компаратор, а также источник шумового сигнала, выход которого через фильтр нижних частот соединен с опорным входом второго компаратора, при этом источник речевого сигнала через фильтр нижних частот соединен с первым входом первого компаратора, а второй вход первого компаратора имеет нулевой потенциал, внесены существенные изменения, а именно:The problem is solved in that a shaper of a speech-like noise signal from an initial speech signal containing a serial circuit containing a first comparator, an integrator and a second comparator, as well as a noise signal source, the output of which is connected through a low-pass filter to the reference input of the second comparator, while the source a speech signal through a low-pass filter is connected to the first input of the first comparator, and the second input of the first comparator has zero potential, significant changes have been made, namely:
- введены сумматор, аналого-цифровой преобразователь и фильтр нижних частот, причем выход второго компаратора подключен к первому входу сумматора и через фильтр нижних частот подсоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подсоединен к второму входу сумматора, выход которого является выходом формирователя.- an adder, an analog-to-digital converter and a low-pass filter are introduced, the output of the second comparator connected to the first input of the adder and connected to the input of the analog-to-digital converter through the low-pass filter, the output of which is connected to the second input of the adder, the output of which is the output of the driver.
Другим вариантом решения задачи - введение в формирователь речеподобного шумового сигнала из исходного речевого сигнала, содержащий последовательную цепь, содержащую первый компаратор, интегратор и второй компаратор, а также источник шумового сигнала и источник речевого сигнала, выход которого через схему привязки уровня соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого имеет нулевой потенциал, а также схему привязки уровня, следующих изменений:Another solution to the problem is the introduction into the shaper of a speech-like noise signal from the original speech signal, containing a serial circuit containing the first comparator, integrator and second comparator, as well as the noise signal source and the speech signal source, the output of which is connected through the level binding circuit to the first input of the first a comparator, the second input of which has zero potential, as well as a level binding scheme, of the following changes:
- введены сумматор и вторая последовательная цепь, содержащая третий компаратор, второй интегратор, второй интегратор и четвертый компаратор, при этом выход источника шумового сигнала через схему привязки уровня подсоединен к первому входу третьего компаратора, второй вход которого имеет нулевой потенциал, и дополнительно соединен через фильтр нижних частот с опорным входом второго компаратора, а выход источника речевого сигнала через фильтр нижних частот дополнительно соединен с опорным входом четвертого компаратора, причем выходы второго и третьего компараторов соединены со входами сумматора, выход которого является выходом формирователя. Схемы привязки уровня могут быть выполнены в виде разделительного конденсатора и диода, подключенного между первым входом компаратора и общим проводом, анодом ко входу. Опорным входам первого и третьего компараторов рекомендуется иметь потенциалы Е1 и Е2, причем напряжение Е1 выбрано равным среднеквадратическому значению напряжения речевого сигнала на первом (+) входе первого компаратора, а напряжение Е2 выбрано равным среднеквадратическому значению напряжения шума на первом (+) входе третьего компаратора.- an adder and a second serial circuit are introduced, containing a third comparator, a second integrator, a second integrator and a fourth comparator, while the output of the noise signal source through the level binding circuit is connected to the first input of the third comparator, the second input of which has zero potential, and is additionally connected through a filter low frequencies with a reference input of the second comparator, and the output of the speech source through a low-pass filter is additionally connected to the reference input of the fourth comparator, and the outputs in The second and third comparators are connected to the inputs of the adder, the output of which is the output of the shaper. Level binding circuits can be made in the form of an isolation capacitor and a diode connected between the first input of the comparator and the common wire, the anode to the input. The reference inputs of the first and third comparators are recommended to have potentials E1 and E2, and the voltage E1 is chosen equal to the rms value of the voltage of the speech signal at the first (+) input of the first comparator, and the voltage E2 is chosen equal to the rms value of the noise voltage at the first (+) input of the third comparator.
Укрупненно можно сказать, что предложенные устройства реализуют следующий принцип: для модуляции моментов пересечения речевым сигналом нуля его вначале клиппируют (т.е. предельно ограничивают), затем клиппированный сигнал интегрируют, преобразуя в пилообразный, затем полученный пилообразный сигнал суммируют с шумовым сигналом, и после этого полученный суммарный сигнал предельно усиливают и ограничивают (т.е. опять клиппируют). Для повышения маскирующего действия (для исключения пауз, связанных с паузами в маскируемой речи) полученный речеподобный сигнал суммируют со вторым речеподобным сигналом, для образования которого клиппируют шумовой сигнал (не имеющих пауз), а затем модулируют речевым сигналом точки пересечения нуля клиппированным шумовым сигналом.It can be summarized that the proposed devices implement the following principle: to modulate the moments when the speech signal crosses the zero signal, it is first clipped (i.e. extremely limited), then the clipped signal is integrated, converted into a sawtooth, then the resulting sawtooth signal is summed with a noise signal, and after of this, the resulting total signal is extremely amplified and limited (i.e., clipped again). To increase the masking effect (to eliminate pauses associated with pauses in masked speech), the resulting speech-like signal is summed with a second speech-like signal, for the formation of which a noise signal (without pauses) is clipped, and then the speech signal of the zero crossing point is clipped with a clipped noise signal.
Для маскирования речевого сигнала в цифровой форме полученный речеподобный маскирующий сигнал суммируют с этим же сигналом, преобразованным в цифровую форму.To mask the speech signal in digital form, the resulting speech-like masking signal is summed with the same signal converted to digital form.
Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the invention.
Сущность способа поясняют фиг.1, 2, 3, 4 и 5, где:The essence of the method is illustrated in figures 1, 2, 3, 4 and 5, where:
фиг.1 - пример структурной схемы реализации способа,figure 1 is an example of a structural diagram of the implementation of the method,
фиг.2 - пример двухканальной структурной схемы реализации способа,figure 2 is an example of a two-channel block diagram of the implementation of the method,
фиг.3 - диаграмма напряжений схемы фиг.1.figure 3 is a voltage diagram of the circuit of figure 1.
на фиг.1, 2 приняты следующие обозначения:figure 1, 2 adopted the following notation:
1 - источник речевого сигнала, 2 - источник шумового сигнала, 3, 6, 7 фильтры нижних частот, 4, 8, 11, 15 - компараторы, 5, 14 - интеграторы, 10 - сумматор, 12, 13 - схемы привязки уровня, 9 - аналогово-цифровой преобразователь.1 - source of a speech signal, 2 - source of a noise signal, 3, 6, 7 low-pass filters, 4, 8, 11, 15 - comparators, 5, 14 - integrators, 10 - adder, 12, 13 - level binding circuits, 9 - analog-to-digital converter.
На фиг.3 приняты следующие обозначения:.In figure 3, the following notation:
U1 - форма исходного речевого сигнала на выходе источника 1,U 1 - the shape of the original speech signal at the output of
U2 - форма сигнала на выходе фильтра нижних частот 3,U 2 - waveform at the output of the low-
U3 - форма сигнала на выходе компаратора 4,U 3 - waveform at the output of the comparator 4,
U4 - форма сигнала на выходе интегратора 5,U 4 - waveform at the output of the
U5 - форма сигнала на выходе фильтра нижних частот 6,U 5 - waveform at the output of the low-
U6 - форма сигнала на выходе компаратора 8.U 6 - waveform at the output of comparator 8.
Простейшая реализация устройства (фиг.1) состоит из компаратора 4 к первому входу которого через фильтр нижних частот 3 и разделительный конденсатор (для исключения постоянной составляющей) подключен источник 1 речевого сигнала, ко второму - нулевое постоянное напряжение. Выход компаратора 3 через интегратор 5 подключен к первому (+) входу компаратора 8. Источник шумового сигнала 2 через фильтр 6 нижних частот подключен к опорному (-) входу компаратора 8. Выход компаратора 8 подключен через фильтр 7 ко входу аналого-цифрового преобразователя 9.The simplest implementation of the device (Fig. 1) consists of a comparator 4 to the first input of which a
Выходы компаратора 8 и аналого-цифрового пребразователя 9 через сумматор 10 соединены с выходом устройства.The outputs of the comparator 8 and the analog-to-digital converter 9 through the
Устройство по фиг.1 реализуется следующим образом. Сигнал от источника речевого сигнала (фиг.3а) через фильтр 3 нижних частот поступает на первый (+) вход компаратора 4. При подаче речевого сигнала через фильтр 3 нижних частот с частотой среза 2000 Гц сигнал, поступающий на вход компаратора 4, будет иметь вид фиг.3б. На опорном входе компаратора 4 - нулевой потенциал. На выходе компаратора 4 образуется клиппированный речевой сигнал, т.е. речевой сигнал предельно ограничивается, превращаясь в последовательность прямоугольных импульсов (фиг.3в). Затем клиппированный сигнал интегрируется интегратором 5, преобразуя прямоугольные импульсы в пилообразные (фиг.3г). Полученные пилообразные импульсы поступают на первый (+) вход компаратора 8. В это же время на опорный (-) вход компаратора 8 через фильтр 6 нижних частот поступает сигнал от источника шумового сигнала 2 (фиг.3г). Этот шумовой сигнал непрерывно сдвигает порог срабатывания компаратора 8, в результате чего на его выходе образуется клиппированный сигнал, фронты которого задержаны (сдвинуты во времени) относительно точек пересечения нуля исходного аналогового речевого сигнала, причем величина задержки каждого последующего фронта хаотически меняется в соответствии с сигналом шума (фиг.3д). Аналого-цифровое преобразование полученного маскирующего сигнала, произведенное блоком 9, образует цифровой сигнал, маскирующий речевой сигнал в цифровой форме. Фильтр нижних частот 7 необходим, чтобы ограничить спектр сигнала перед преобразованием. В сумматоре 10 образуется объединенный речеподобный шум, маскирующий одновременно речевой сигнал и в аналоговой и в цифровой форме.The device of figure 1 is implemented as follows. The signal from the source of the speech signal (figa) through the low-
Разборчивость речи нарушена, поскольку точки пересечения нуля промодулированы шумовым сигналом - нарушены форманты исходного сигнала.Speech intelligibility is impaired because the zero crossing points are modulated by a noise signal - the formants of the original signal are violated.
Устройство (фиг.2) состоит из компаратора 4, к первому (+) входу которого через схему 12 привязки уровня подключен источник 1 речевого сигнала, к опорному (-) входу - постоянное напряжение E1. Выход компаратора 4 через интегратор 5 подключен к первому (+) входу компаратора 11, выход которого подключен ко входу сумматора 10. Фиг.2 содержит также компаратор 8, к первому (+) входу которого через схему 13 привязки уровня подключен источник 2 шумового сигнала, к опорному входу - постоянное напряжение Е2. Выход компаратора 8 через интегратор 14 подключен к первому (+) входу компаратора 15, выход которого подключен к другому входу сумматора 10. При этом источник 1 речевого сигнала через фильтр 3 нижних частот соединен с опорным (-) входом компаратора 15, а источник 2 шумового сигнала через фильтр 6 нижних частот - к опорному (-) входу компаратора 11.The device (Fig. 2) consists of a comparator 4, to the first (+) input of which a
Напряжение E1 выбрано равным среднеквадратическому значению напряжения речевого сигнала на первом (+) входе компаратора 4, а напряжение Е2 выбрано равным среднеквадратическому значению напряжения шума на первом (+) входе компаратора 8.The voltage E 1 is selected equal to the rms value of the voltage of the speech signal at the first (+) input of the comparator 4, and the voltage E 2 is chosen equal to the rms value of the voltage of the noise at the first (+) input of the comparator 8.
Схема привязки уровня 12 и 13 состоит из разделительного конденсатора и диода, подключенного между первым входом компаратора и общим проводом, анодом к нему. Эти схемы работают следующим образом. Конденсатор заряжается через диод до пикового значения отрицательной полуволны переменного напряжения речевого сигнала или шума, приложенного ко входу схемы. Напряжение на конденсаторе, суммируясь с входным, приводит к тому, что отрицательные пики суммарного напряжения «привязаны» к потенциалу общего провода. Мгновенные значения сигнала на входе компаратора оказываются положительными (если диод идеальный).The binding circuit of
Схема фиг.1 весьма проста и работоспособна, но имеет некоторые недостатки:The scheme of figure 1 is very simple and efficient, but has some disadvantages:
а) при отсутствии речевого сигнала (и в паузах) отсутствует выходной речеподобный шум, что можно идентифицировать, как признак наличия речи.a) in the absence of a speech signal (and in pauses) there is no output speech-like noise, which can be identified as a sign of the presence of speech.
б) для модуляции моментов пересечения нуля используется только низкочастотная составляющая шума (для чего установлен фильтр нижних частот 6). Если исключить этот фильтр, спектр выходного сигнала компаратора 4 будет сильно отличаться от речеподобного из-за биений близких частотных составляющих в спектрах речи и шума.b) to modulate the moments of zero crossing, only the low-frequency noise component is used (for which a low-pass filter is installed 6). If this filter is excluded, the spectrum of the output signal of the comparator 4 will be very different from the speech-like one due to beats of close frequency components in the spectra of speech and noise.
Устройство фиг.2 устраняет эти недостатки путем создания 2-го канала, в котором в дополнение к шумовой модуляции моментов пересечения нулей речевым сигналом введена речевая модуляция моментов пересечения нуля шумовым сигналом, в котором нет пауз. Устройство фиг.2 работает следующим образом. При поступлении речевого сигнала 1 через схему 12 привязки уровня на первый (+) вход компаратора 4 (на опорном входе компаратора - потенциал E1) на выходе компаратора 4 образуется клиппированный речевой сигнал, т.е. предельно усиленный и ограниченный. Затем клиппированный сигнал интегрируется интегратором 5, преобразуя прямоугольные импульсы в пилообразные. Полученные пилообразные импульсы поступают на первый (+) вход компаратора 11. В это же время на опорный (-) вход компаратора 11 через фильтр 6 нижних частот поступает сигнал от источника шума 2. Шум непрерывно сдвигает порог срабатывания компаратора 11, в результате чего на его выходе образуется клиппированный сигнал, прямоугольные импульсы которого задержаны (сдвинуты) в соответствии с сигналом шума (смотри фиг.3). Шумовой сигнал 2 через схему 13 привязки уровня поступает на первый (+) вход компаратора 8, на опорный вход подается потенциал Е2. На выходе компаратора 8 образуется клиппированный шумовой сигнал, т.е. он предельно усилен и ограничен. Затем клиппированный сигнал интегрируется интегратором 14, преобразуя прямоугольные импульсы в пилообразные. Полученные пилообразные импульсы поступают на первый (+) вход компаратора 15. В это же время на опорный (-) вход компаратора 15 через фильтр 3 нижних частот поступает речевой сигнал от источника 1. Речевой сигнал непрерывно сдвигает порог срабатывания компаратора 15, в результате чего на его выходе образуется клиппированный шумовой сигнал, прямоугольные импульсы которого задержаны (сдвинуты) в соответствии с речевым сигналом (аналогично процессам фиг.1 для речевого сигнала). Клиппированные речеподобные выходные сигналы компараторов 11 и 15 суммируются сумматором 10.The device of FIG. 2 eliminates these drawbacks by creating a second channel in which, in addition to noise modulation of the moments of zero crossing by a speech signal, speech modulation of the moments of zero crossing by a noise signal is introduced, in which there are no pauses. The device of figure 2 works as follows. Upon receipt of the
Разборчивость речи нарушена, поскольку точки пересечения нуля промодулированы шумовым и речевым сигналами - нарушены форманты исходного сигнала. При этом образование речеподобного шумового сигнала происходит и при отсутствии речи (в паузе) - за счет непрерывности шумового сигнала, для образования которого введен второй канал формирователя и сумматор.Speech intelligibility is impaired because the zero crossing points are modulated by noise and speech signals - the formants of the original signal are violated. In this case, the formation of a speech-like noise signal occurs in the absence of speech (in a pause) - due to the continuity of the noise signal, for the formation of which the second channel of the former and the adder are introduced.
На опорные входы компараторов 4 и 8 поданы постоянные положительные напряжения E1 и Е2, равные среднеквадратическому напряжению шума и речи соответственно. Эти напряжения могут быть установлены, например, с помощью резистивного делителя.At the reference inputs of the comparators 4 and 8 applied constant positive voltage E 1 and E 2 equal to the rms voltage of noise and speech, respectively. These voltages can be set, for example, using a resistive divider.
При наличии напряжений на опорных входах компараторов 4 и 8 выходной сигнал формирователя будет менее коррелирован с исходным, так как выходной сигнал компаратора меняет полярность не в моменты, когда исходные сигнал и шум пересекают нулевой уровень.If there are voltages at the reference inputs of the comparators 4 and 8, the output signal of the shaper will be less correlated with the original, since the output signal of the comparator does not change polarity at times when the original signal and noise cross the zero level.
Чем меньше значение этих напряжений, тем меньше корреляция. Однако средняя частота импульсов на выходе компаратора при этом уменьшается, а при увеличении этих напряжений корреляция вначале растет, а затем падает, также уменьшается и частота. При указанном выше значении напряжений соблюдается компромисс.The smaller the value of these stresses, the lower the correlation. However, the average pulse frequency at the output of the comparator decreases in this case, and with an increase in these voltages, the correlation initially increases and then decreases, and the frequency also decreases. At the voltage value indicated above, a compromise is observed.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Заявленные устройства изготовлены и испытаны заявителем.The claimed devices are manufactured and tested by the applicant.
При этом не возникло никаких технических трудностей. Примененные элементы (компараторы, интеграторы, фильтры нижних частот, схемы привязки уровня) давно известны, доступны и не потребовали никаких доработок. Формирователь недорог и малогабаритен.No technical difficulties arose. The applied elements (comparators, integrators, low-pass filters, level binding circuits) have long been known, available and did not require any modifications. The shaper is inexpensive and small-sized.
Контрольное прослушивание сформированного сигнала подтвердило его полную неразборчивость при сохранении речеподобности.Test listening to the generated signal confirmed its complete illegibility while maintaining speech-like character.
Таким образом, по нашему мнению, заявленное устройство соответствует критериям изобретения - оно новое, неочевидное и промышленно применимое.Thus, in our opinion, the claimed device meets the criteria of the invention - it is new, non-obvious and industrially applicable.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005131288/09A RU2310282C2 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Generator of speech-like noise signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005131288/09A RU2310282C2 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Generator of speech-like noise signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005131288A RU2005131288A (en) | 2007-04-20 |
| RU2310282C2 true RU2310282C2 (en) | 2007-11-10 |
Family
ID=38036563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005131288/09A RU2310282C2 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Generator of speech-like noise signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2310282C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577187C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-10 | Александр Иосифович Иванов | Method for encryption/decryption of analogue signals, transmitted over communication channels |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU193698U1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-11-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | NOISE SIGNAL SHAPER |
-
2005
- 2005-10-11 RU RU2005131288/09A patent/RU2310282C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DE 2025335. A, 02.12.1971. * |
| КАТАЛОГ «МАСКОМ», ЦЕНТР БЕЗОПАСНОСТИ ИНФОРМАЦИИ, 2001, с.4. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2577187C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-10 | Александр Иосифович Иванов | Method for encryption/decryption of analogue signals, transmitted over communication channels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005131288A (en) | 2007-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Riesz | Differential intensity sensitivity of the ear for pure tones | |
| US7299189B1 (en) | Additional information embedding method and it's device, and additional information decoding method and its decoding device | |
| CN1975859B (en) | Audio processing method and device | |
| Gopalan | Audio steganography using bit modification | |
| US8032361B2 (en) | Audio processing apparatus and method for processing two sampled audio signals to detect a temporal position | |
| SK63096A3 (en) | Process for speech scrambling and unscrambling in speech transmission and device for carrying out this process | |
| US3808536A (en) | Communication scrambler system | |
| Sadkhan et al. | Recent Audio Steganography Trails and its Quality Measures | |
| RU2310282C2 (en) | Generator of speech-like noise signal | |
| US20080273707A1 (en) | Audio Processing | |
| US7333608B2 (en) | Analog scrambler | |
| RU2308159C2 (en) | Method for creating a speech-like masking signal | |
| Anand et al. | Coresident evil: Noisy vibrational pairing in the face of co-located acoustic eavesdropping | |
| CN105827357A (en) | Voice recording shielding device and voice recording shielding method | |
| Nassi et al. | Optical speech recovery from desktop speakers | |
| El-Khamy et al. | Chaos-based image hiding scheme between silent intervals of high quality audio signals using feature extraction and image bits spreading | |
| Breebaart et al. | The influence of interaural stimulus uncertainty on binaural signal detection | |
| Kitazawa et al. | Reconstruction of Sound Information Leakage Signals Obtained from Multiple Demodulation Methods | |
| KR20210026239A (en) | Method and device for preventing unauthorized audio recording, and method and device for restoring original recording | |
| RU2711439C1 (en) | Method for active protection of acoustic information from leakage through technical channels using endovibrators | |
| Nishimura | Data hiding in speech sounds using subband amplitude modulation robust against reverberations and background noise | |
| Trivedi et al. | Audio masking for watermark embedding under time domain audio signals | |
| Sachs | Digital voice considerations for the land-mobile radio services | |
| Farhati et al. | Decryption of BSS based encrypted speech without a priori knowledge of the key signal | |
| Hayasaka et al. | Audibility of added ultrasonic modulation signal for speech jamming |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081012 |