RU2550353C1 - Quality assessment method of masking noise - Google Patents

Quality assessment method of masking noise Download PDF

Info

Publication number
RU2550353C1
RU2550353C1 RU2014130567/07A RU2014130567A RU2550353C1 RU 2550353 C1 RU2550353 C1 RU 2550353C1 RU 2014130567/07 A RU2014130567/07 A RU 2014130567/07A RU 2014130567 A RU2014130567 A RU 2014130567A RU 2550353 C1 RU2550353 C1 RU 2550353C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
entropy
masking noise
values
quality
envelope
Prior art date
Application number
RU2014130567/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Вячеславович Гаврилов
Дмитрий Васильевич Гребенев
Олег Олегович Басов
Евгений Александрович Васечкин
Александр Алексеевич Корнилов
Original Assignee
Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) filed Critical Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России)
Priority to RU2014130567/07A priority Critical patent/RU2550353C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550353C1 publication Critical patent/RU2550353C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: quality assessment method of masking noise involves obtainment by means of a spectrum analyser of a set of spectrum components of masking noise, breakdown of the specified frequency range into M equal frequency regions. Relative coefficient of deviation from an average adjusted value of spectrum components and coefficient of uniformity of an amplitude spectrum of masking noise are calculated for each component. Then, the value of the uniformity coefficient is used for correction of an entropy coefficient of quality of masking noise, which is displayed by means of the output device.
EFFECT: improving accuracy of quality assessment of masking acoustic noise.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области защиты информации и может быть использовано для оценки качества маскирующего шума.The invention relates to the field of information security and can be used to assess the quality of masking noise.

Известны способы оценки качества маскирующих частотно-модулированных (патент РФ №2346390) и амплитудно-модулированных (патент РФ №2351076) шумовых помех, основанные на демодуляции принятой маскирующей шумовой помехи, ее преобразовании в электрический сигнал, дискретизации электрического сигнала по времени, квантовании отсчетов значений по уровням, вычислении энтропии закона распределения значений напряжений электрического сигнала, подсчете энтропийного коэффициента качества шумовой помехи, оценивании качества маскирующей шумовой помехи по энтропийному коэффициенту качества шумовой помехи.Known methods for assessing the quality of masking frequency-modulated (RF patent No. 2346390) and amplitude-modulated (RF patent No. 2351076) noise interference based on demodulation of the received masking noise interference, its conversion into an electrical signal, sampling of the electrical signal by time, quantization of samples of values by levels, calculating the entropy of the law of distribution of voltage values of an electrical signal, calculating the entropy coefficient of noise interference quality, evaluating the quality of masking noise interference of entropy quality factor of noise interference.

Недостатком данных способов является то, что все расчеты проводятся во временной области и поэтому отсутствует возможность учета влияния формы огибающей частотного спектра на качество шумовой помехи.The disadvantage of these methods is that all calculations are carried out in the time domain and therefore there is no possibility of taking into account the influence of the shape of the envelope of the frequency spectrum on the quality of noise interference.

Известен способ оценки качества маскирующих прямошумовых помех (патент РФ №2353057), основанный на преобразовании маскирующего шума в электрический сигнал, его дискретизации по времени и квантования по уровням, вычислении энтропийного коэффициента качества мгновенных значений напряжения электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения, демодуляции по амплитуде маскирующей прямошумовой помехи, дискретизации по времени и квантовании по уровням напряжения амплитуды электрического сигнала, вычислении энтропийного коэффициента качества значений напряжений амплитуды электрического сигнала, оценивании качества маскирующей прямошумовой помехи по произведению энтропийных коэффициентов качества мгновенных значений и значений напряжений амплитуды электрического сигнала. Недостатком этого способа является отсутствие возможности учета влияния формы огибающей частотного спектра на качество шумовой помехи.A known method for evaluating the quality of masking direct noise interference (RF patent No. 2353057), based on the conversion of masking noise into an electrical signal, its discretization in time and quantization by levels, the calculation of the entropy quality factor of the instantaneous voltage values of an electrical signal relative to the standard normal distribution law, amplitude demodulation masking noise noise, time sampling and quantization of voltage levels of the amplitude of the electrical signal, calculating the ent of the quality coefficient of the voltage values of the amplitude of the electric signal, evaluating the quality of the masking direct noise interference by the product of the entropy quality factors of instantaneous values and voltage values of the amplitude of the electric signal. The disadvantage of this method is the inability to take into account the influence of the shape of the envelope of the frequency spectrum on the quality of noise interference.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ оценки качества маскирующего акустического (виброакустического) шума (патент РФ №2350023), заключающийся в том, что маскирующий шум преобразуют в электрический сигнал, осуществляют его дискретизацию по времени и квантование по N уровням, вычисляют математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение напряжения электрического сигнала, по мгновенным значениям напряжения электрического сигнала подсчитывают ряд значений огибающей электрического сигнала, подсчитывают вероятности распределений мгновенных значений напряжения и значений огибающей электрического сигнала по уровням, вычисляют, энтропийный коэффициент качества огибающей электрического сигнала относительно эталонного закона распределения Релея, считают энтропийный коэффициент качества маскирующего шума как произведение энтропийного коэффициента качества мгновенных значений напряжений электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения и энтропийного коэффициента качества огибающей электрического сигнала относительно эталонного закона распределения Релея, используют для оценки маскирующего шума энтропийный коэффициент качества маскирующего шума.The closest in technical essence to the claimed method and selected as a prototype is a method for assessing the quality of masking acoustic (vibro-acoustic) noise (RF patent No. 2350023), which consists in the fact that the masking noise is converted into an electrical signal, it is timed and quantized according to N levels, calculate the mathematical expectation and standard deviation of the voltage of the electrical signal, instantaneous values of the voltage of the electrical signal calculate a series of values of og of the electric signal, calculate the probabilities of the distributions of instantaneous voltage values and the values of the envelope of the electric signal by levels, calculate the entropy quality factor of the envelope of the electric signal relative to the reference Rayleigh distribution law, consider the entropy coefficient of quality of masking noise as the product of the entropy coefficient of quality of instantaneous voltage values of the electric signal relative to the reference normal distribution law and entropy coe cient electric signal quality with respect to the envelope of the reference Rayleigh distribution law is used to estimate entropy masking noise masking noise ratio quality.

Недостатком способа-прототипа является отсутствие возможности учета влияния неравномерности амплитудного спектра маскирующего шума в некотором (конечном) частотном диапазоне при расчете энтропийного коэффициента качества, которая может характеризоваться провалами и подъемами в отдельных областях частотного диапазона.The disadvantage of the prototype method is the inability to take into account the influence of uneven amplitude spectrum of masking noise in a certain (final) frequency range when calculating the entropy quality factor, which can be characterized by dips and rises in certain areas of the frequency range.

Исходя из требований нормативных документов, частотный диапазон акустического маскирующего шума должен соответствовать среднестатистическому спектру зашумляемого сигнала. Речевой сигнал представляет собой процесс со сложной структурой, поэтому наиболее предпочтительной формой маскирующего шума является шумовой процесс с нормальным законом распределения плотности вероятности мгновенных значений, которому соответствует белый или розовый шум [Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 416 с.: ил. - С. 169].Based on the requirements of regulatory documents, the frequency range of acoustic masking noise should correspond to the average spectrum of a noisy signal. A speech signal is a process with a complex structure, so the most preferred form of masking noise is a noise process with a normal distribution of probability density of instantaneous values, which corresponds to white or pink noise [G. Buzov, S. Kalinin, A. V. Kondratiev . Protection against information leakage through technical channels: a manual. - M .: Hot line - Telecom, 2005 .-- 416 p.: Ill. - S. 169].

Маскирование в речевом диапазоне проводится с использованием «белого» шума, имеющего равномерно распределенный частотный спектр [Энциклопедия промышленного шпионажа. / Каторин Ю.Ф., Куренков Е.В., Лысов А.В., Остапенко А.Н. / под общ. ред. Куренкова Е.В. - С.-Петербург: ООО «Издательство Полигон», 2000. - 512 с., ил. - С. 414].Masking in the speech range is carried out using "white" noise having a uniformly distributed frequency spectrum [Encyclopedia of industrial espionage. / Katorin Yu.F., Kurenkov E.V., Lysov A.V., Ostapenko A.N. / under total. ed. Kurenkova E.V. - St. Petersburg: LLC Polygon Publishing House, 2000. - 512 p., Ill. - S. 414].

В качестве маскирующего сигнала для защиты передаваемой в телефонных линиях информации используют аналоговые сигналы типа «белый» шум [ЗИ. Вас подслушивают - защищайтесь! Халяпин Д.Б. С. 354].As a masking signal to protect the information transmitted in telephone lines, analog signals of the “white” noise type are used [ZI. They eavesdrop on you - defend yourself! Khalyapin D.B. S. 354].

В практических задачах активной радиотехнической маскировки при ограничениях, накладываемых на среднюю мощность шума, нормальный (гауссовский) шум обладает максимальными маскирующими свойствами. Спектр маскирующего шума должен быть равномерным, так как неравномерность спектра предопределит принципиальную возможность увеличения отношения сигнал-шум [Емельянов С.Л. Альтернативные подходы к оптимизации помех в системах активной защиты информации // Науковi записки, УНДIЗ, 2007. - №2. - С. 97-100].In practical problems of active radio-technical masking under the restrictions imposed on the average noise power, normal (Gaussian) noise has maximum masking properties. The spectrum of masking noise should be uniform, since the non-uniformity of the spectrum will determine in principle the possibility of increasing the signal-to-noise ratio [Emelyanov S.L. Alternative approaches to interference optimization in active information protection systems // Naukovi Zapiski, UNDIZ, 2007. - No. 2. - S. 97-100].

С точки зрения энергетической эффективности процесса защиты информации, а также, исходя из рассмотренных выше материалов, к маскирующей помехе необходимо применять требование по равномерности амплитудного спектра в частотном диапазоне.From the point of view of energy efficiency of the information protection process, and also, based on the materials discussed above, it is necessary to apply to masking noise the requirement for uniformity of the amplitude spectrum in the frequency range.

Учет частотных свойств при такой оценке может быть осуществлен по значению коэффициента отклонения от среднего значения, показывающему отклонение от полностью равномерно распределенной в частотной области маскирующей помехи с затраченной на ее генерацию энергией, эквивалентной энергии рассматриваемой помехи:The frequency properties can be taken into account in such an assessment by the value of the coefficient of deviation from the average value, showing the deviation from the masking noise that is completely evenly distributed in the frequency domain with the energy expended on its generation, equivalent to the energy of the considered interference:

Figure 00000001
Figure 00000001

где M - количество частотных областей,where M is the number of frequency domains,

n - количество спектральных составляющих в заданной ограниченной полосе частот,n is the number of spectral components in a given limited frequency band,

pm - количество спектральных составляющих в границах m-й частотной области,p m is the number of spectral components within the boundaries of the m-th frequency domain,

A - значение амплитуды спектральных составляющих.A is the amplitude value of the spectral components.

Задачей изобретения является создание способа оценки качества маскирующего шума, позволяющего повысить точность оценки качества маскирующего шума за счет учета его частотных свойств.The objective of the invention is to provide a method for assessing the quality of masking noise, which improves the accuracy of assessing the quality of masking noise by taking into account its frequency properties.

В заявленном способе эта задача решается тем, что в способе оценки качества маскирующего шума, заключающегося в том, что принимают в течение времени t≥10 c маскирующий шум, преобразуют его в электрический сигнал, осуществляют дискретизацию по времени и квантование отсчетов мгновенных значений электрического сигнала по N уровням, вычисляют вероятности пересечения каждого уровня квантования, с использованием полученных значений вероятности пересечения уровней квантования и значений каждого из уровней вычисляют математическое ожидание, среднеквадратическое значение напряжения электрического сигнала, находят энтропию закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала, рассчитывают энтропийный коэффициент качества относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала, вычисляют для всех дискретных значений времени уровень напряжения огибающей электрического сигнала и осуществляют квантование полученных значений напряжений огибающей электрического сигнала по N уровням, рассчитывают вероятности пересечения огибающей электрического сигнала каждого N-го уровня, второй момент закона распределения значений напряжения огибающей электрического сигнала, математическое ожидание натурального логарифма значений напряжения огибающей электрического сигнала, вычисляют энтропию закона распределения значений напряжений огибающей электрического сигнала и энтропию эталонного для огибающей электрического сигнала распределения по закону Релея, вычисляют энтропийный коэффициент качества огибающей электрического сигнала, определяют энтропийный коэффициент качества маскирующего шума, как произведение энтропийнных коэффициентов качества мгновенных значений и огибающей электрического сигнала, с помощью анализатора спектра получают набор спектральных составляющих маскирующего шума, находят среднее значение амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума. Разбивают весь диапазон частот на М равных частотных областей, таким образом, чтобы в каждой частотной области оказалось не менее z значений (z>2) амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума. Для каждой частотной области вычисляют относительный коэффициент отклонения значений амплитуд от среднего выровненного значения амплитуд спектральных составляющих данной частотной области и коэффициент равномерности амплитудного спектра маскирующего шума как усредненное значение относительных коэффициентов схождения к среднему, вычтенных из единицы. Рассчитывают скорректированный энтропийный коэффициент качества маскирующего шума как произведение коэффициента равномерности и энтропийного коэффициента качества маскирующего шума. Скорректированное значение энтропийного коэффициента качества отображают с помощью устройства вывода.In the claimed method, this problem is solved in that in a method for assessing the quality of masking noise, which consists in the fact that they take masking noise over a time t≥10 s, convert it into an electrical signal, perform time sampling and quantization of samples of instantaneous values of the electrical signal N levels, calculate the probability of intersection of each quantization level, using the obtained values of the probability of intersection of the quantization levels and the values of each of the levels calculate the mathematical expectation, the rms value of the voltage of the electrical signal, find the entropy of the distribution law of the instantaneous values of the voltage of the electrical signal, calculate the entropy quality factor relative to the reference normal distribution law of the instantaneous values of the voltage of the electrical signal, calculate for all discrete values of time the voltage level of the envelope of the electrical signal and quantize the obtained values of the voltage of the envelope of the electrical signal signal at N levels, calculated the probability of intersection of the envelope of the electric signal of each Nth level, the second moment of the law of distribution of the values of the voltage of the envelope of the electric signal, the mathematical expectation of the natural logarithm of the values of the voltage of the envelope of the electric signal, calculate the entropy of the law of the distribution of the values of the voltage of the envelope of the electric signal and the entropy of the reference distribution for the envelope of the electric signal over Rayleigh law, calculate the entropy coefficient of quality of the envelope of the electrical signal a, the entropy coefficient of quality of masking noise is determined as the product of the entropy quality factors of instantaneous values and the envelope of an electrical signal, using a spectrum analyzer, a set of spectral components of masking noise is obtained, and the average amplitude of the spectral components of masking noise is found. The entire frequency range is divided into M equal frequency domains, so that in each frequency region there are at least z values (z> 2) of the amplitudes of the spectral components of the masking noise. For each frequency domain, the relative coefficient of deviation of the amplitude values from the average equalized value of the amplitudes of the spectral components of the given frequency domain and the uniformity coefficient of the amplitude spectrum of the masking noise are calculated as the average value of the relative convergence coefficients to the average subtracted from unity. The corrected entropy masking noise quality factor is calculated as the product of the uniformity coefficient and the masking noise entropy quality factor. The adjusted value of the entropy quality factor is displayed using the output device.

Благодаря новой совокупности признаков обеспечивается повышение точности оценки качества маскирующего шума в условиях неравномерности амплитудного спектра маскирующего шума в заданном частотном диапазоне.Thanks to the new set of features, it is possible to increase the accuracy of evaluating the quality of masking noise under conditions of uneven amplitude spectrum of masking noise in a given frequency range.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа оценки качества маскирующего шума, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues, characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed method for assessing the quality of masking noise, are absent. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed object from the prototype showed that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the popularity of the impact provided by the essential features of the claimed invention, the transformations on the achievement of the specified technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Заявленное изобретение поясняется следующими чертежами:The claimed invention is illustrated by the following drawings:

фиг. 1 - последовательность действий, осуществляемых при реализации заявленного способа;FIG. 1 - sequence of actions carried out when implementing the claimed method;

фиг. 2 - частотный спектр маскирующей помехи в ограниченной полосе частот;FIG. 2 - frequency spectrum of masking interference in a limited frequency band;

фиг. 3 - амплитудный спектр «квазибелого» маскирующего шума;FIG. 3 - amplitude spectrum of a “quasi-white” masking noise;

фиг. 4 - пример реализации предлагаемого способа для амплитудного спектра «квазибелого» маскирующего шума.FIG. 4 is an example of the implementation of the proposed method for the amplitude spectrum of a “quasi-white” masking noise.

Реализация заявленного способа заключается в следующем (фиг. 1).Implementation of the claimed method is as follows (Fig. 1).

101. Маскирующий шум принимают в течение времени t≥10 c, преобразуют его в электрический сигнал.101. Masking noise is taken over a time t≥10 s, it is converted into an electrical signal.

102. Осуществляют дискретизацию отсчетов мгновенных значений электрического сигнала, измеряют для всех дискретных моментов времени tj

Figure 00000002
уровни напряжений электрического сигнала u(tj), выбирают среди всех измеренных значений максимальный umax и минимальный umin уровень напряжения сигнала, разбивают весь диапазон измеренных значений напряжения электрического сигнала на N уровней, в которых напряжение j-го уровня вычисляют по формуле:102. Samples of instantaneous values of an electrical signal are sampled, measured for all discrete time instants t j
Figure 00000002
voltage levels of the electric signal u (t j ), among the measured values select the maximum u max and minimum u min signal voltage level, divide the entire range of measured values of the voltage of the electric signal into N levels, in which the voltage of the j-th level is calculated by the formula:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где

Figure 00000004
- номер уровня напряжения электрического сигнала;Where
Figure 00000004
- number of voltage level of the electric signal;

N - количество уровней напряжения электрического сигнала;N is the number of voltage levels of the electrical signal;

Figure 00000005
подсчитывают в течение интервала времени t количество Ni пересечений электрическим сигналом каждого i-го уровня.
Figure 00000005
during the time interval t, the number N i of intersections by the electric signal of each i-th level is calculated.

103. Рассчитывают количество S пересечений электрическим сигналом всех уровней по формуле:103. Calculate the number S of intersections by an electric signal of all levels according to the formula:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Далее вычисляют вероятности pi пересечения каждого i-го уровня по формуле

Figure 00000007
.Next, the probabilities p i of the intersection of each i-th level are calculated by the formula
Figure 00000007
.

104. Затем строят гистограмму закона распределений мгновенных значений электрического сигнала pi(ui)

Figure 00000008
и вычисляют с использованием гистограммы средневзвешенное значение uср напряжения электрического сигнала на интервале [umin, umax] по формуле:104. Then build a histogram of the law of distributions of instantaneous values of the electrical signal p i (u i )
Figure 00000008
and calculate using a histogram the weighted average value u cf the voltage of the electrical signal in the interval [u min , u max ] according to the formula:

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

После этого вычисляют с использованием гистограммы среднеквадратическое значение σ напряжения электрического сигнала на интервале [umin, umax] по формуле:After that, using the histogram, the root mean square value σ of the voltage of the electric signal in the interval [u min , u max ] is calculated by the formula:

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

105. С использованием гистограммы вычисляют энтропию Н закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле:105. Using a histogram, the entropy Н of the law of distribution of instantaneous values of the voltage of an electric signal is calculated by the formula:

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Вычисляют энтропийный коэффициент качества ηM мгновенных значений напряжений электрического сигнала относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала по формуле:The entropy quality factor η M of the instantaneous voltage values of the electric signal is calculated relative to the reference normal distribution law of the instantaneous voltage values of the electric signal according to the formula:

Figure 00000012
.
Figure 00000012
.

106. Для всех дискретных значений времени tj

Figure 00000013
вычисляют уровень напряжения U(tj) огибающей электрического сигнала по формуле:106. For all discrete values of time t j
Figure 00000013
calculate the voltage level U (t j ) of the envelope of the electrical signal according to the formula:

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

где u(tj) - уровень напряжения электрического сигнала для j-го момента времени;where u (t j ) is the voltage level of the electric signal for the j-th moment of time;

Figure 00000015
.
Figure 00000015
.

107. Выбирают среди всех вычисленных значений максимальный umax и минимальный umin уровень напряжения огибающей электрического сигнала, вычисляют количество уровней N0 напряжения огибающей электрического сигнала по формуле:107. Among all the calculated values, the maximum u max and minimum u min the voltage level of the envelope of the electric signal are selected, the number of voltage levels N 0 of the envelope of the electric signal is calculated by the formula:

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

После разбивают весь диапазон значений напряжения огибающей электрического сигнала на N0 уровней, в которых напряжение Ul l-го уровня вычисляют по формуле:After dividing the entire range of values of the voltage of the envelope of the electrical signal into N 0 levels, in which the voltage U l of the l-th level is calculated by the formula:

Figure 00000017
,
Figure 00000017
,

где

Figure 00000018
- номер уровня напряжения огибающей электрического сигнала;Where
Figure 00000018
- number of voltage level of the envelope of the electrical signal;

N0 - количество уровней напряжения огибающей электрического сигнала, подсчитывают количество пересечений

Figure 00000019
огибающей электрического сигнала каждого l-го уровня, рассчитывают количество S0 пересечений огибающей электрического сигнала всех уровней по формуле:N 0 - the number of voltage levels of the envelope of the electrical signal, count the number of intersections
Figure 00000019
the envelope of the electrical signal of each l-th level, calculate the number S 0 of intersections of the envelope of the electrical signal of all levels according to the formula:

Figure 00000020
.
Figure 00000020
.

Рассчитывают вероятности

Figure 00000021
пересечения огибающей электрического сигнала каждого l-го уровня по формуле:Probabilities are calculated
Figure 00000021
the intersection of the envelope of the electrical signal of each l-th level according to the formula:

Figure 00000022
.
Figure 00000022
.

Строят гистограмму закона распределений значений напряжения огибающей электрического сигнала

Figure 00000023
Figure 00000024
, рассчитывают с использованием гистограммы второй момент
Figure 00000025
закона распределения значении напряжения огибающей электрического сигнала по формуле:Build a histogram of the law of the distribution of the values of the voltage of the envelope of the electrical signal
Figure 00000023
Figure 00000024
calculated using a histogram the second moment
Figure 00000025
distribution law of the value of the envelope voltage of the electric signal according to the formula:

Figure 00000026
.
Figure 00000026
.

Рассчитывают с использованием гистограммы математическое ожидание m натурального логарифма значений напряжения огибающей электрического сигнала по формуле:Calculate using the histogram the mathematical expectation m of the natural logarithm of the values of the voltage of the envelope of the electrical signal according to the formula:

Figure 00000027
.
Figure 00000027
.

108. С использованием гистограммы вычисляют энтропию H0 закона распределения значений напряжений огибающей электрического сигнала по формуле:108. Using a histogram, the entropy H 0 of the distribution law of the values of the envelope stresses of the electric signal is calculated by the formula:

Figure 00000028
.
Figure 00000028
.

Вычисляют энтропию HP эталонного релеевского закона распределения по формуле:The entropy H P of the reference Rayleigh distribution law is calculated by the formula:

Figure 00000029
.
Figure 00000029
.

где

Figure 00000030
- параметр релеевского закона распределения;Where
Figure 00000030
- parameter of the Rayleigh distribution law;

c=0,577 - постоянная Эйлера.c = 0.577 is the Euler constant.

109. Вычисляют энтропийный коэффициент качества η0 огибающей электрического сигнала по формуле:109. The entropy coefficient of quality η 0 of the envelope of the electric signal is calculated by the formula:

Figure 00000031
.
Figure 00000031
.

Вычисляют энтропийный коэффициент качества η маскирующего акустического (виброакустического) шума по формуле η=ηM·η0.The entropy quality factor η of the masking acoustic (vibroacoustic) noise is calculated by the formula η = η M · η 0 .

110. После вычисления энтропийного коэффициента качества маскирующего шума с помощью анализатора спектра получают набор спектральных составляющих маскирующего шума в заданной ограниченной полосе частот (фиг. 2).110. After calculating the entropy coefficient of quality of masking noise using a spectrum analyzer, a set of spectral components of masking noise is obtained in a given limited frequency band (Fig. 2).

111. Находят среднее значение амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума по формуле:111. Find the average value of the amplitudes of the spectral components of the masking noise by the formula:

Figure 00000032
Figure 00000032

где n - количество спектральных составляющих в заданной ограниченной полосе частот;where n is the number of spectral components in a given limited frequency band;

Ai - значение амплитуды спектральных составляющих.A i - the value of the amplitude of the spectral components.

112. Затем разбивают весь диапазон частот на М равных частотных областей, таким образом, чтобы в каждой частотной области оказалось не менее z значений (z>2) амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума.112. Then, the entire frequency range is divided into M equal frequency regions, so that in each frequency region there are at least z values (z> 2) of the amplitudes of the spectral components of the masking noise.

113. Для каждой m-й частотной области производят расчет среднего значения амплитуд спектральных составляющих по формуле:113. For each m-th frequency domain, the average amplitudes of the spectral components are calculated by the formula:

Figure 00000033
.
Figure 00000033
.

114. Для каждой m-й частотной области вычисляют относительный коэффициент отклонения от среднего выровненного значения амплитуд спектральных составляющих данной частотной области по формуле:114. For each m-th frequency domain, the relative deviation coefficient from the average equalized value of the amplitudes of the spectral components of this frequency domain is calculated by the formula:

Figure 00000034
Figure 00000034

где m - номер частотной области;where m is the number of the frequency domain;

Figure 00000035
- среднее значение амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума в заданной ограниченной полосе частот;
Figure 00000035
- the average value of the amplitudes of the spectral components of the masking noise in a given limited frequency band;

Figure 00000036
- среднее значение амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума в границах m-й частотной области.
Figure 00000036
- the average value of the amplitudes of the spectral components of the masking noise within the boundaries of the m-th frequency domain.

116. После этого вычисляют коэффициент равномерности амплитудного спектра маскирующего шума как разность единицы и усредненного значения относительных коэффициентов схождения к среднему по следующей формуле116. After this, the uniformity coefficient of the amplitude spectrum of the masking noise is calculated as the difference of unity and the average value of the relative coefficients of convergence to the average according to the following formula

Figure 00000037
Figure 00000037

где m - номер частотной области;where m is the number of the frequency domain;

M - количество частотных областей;M is the number of frequency domains;

Figure 00000038
- среднее значение амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума в заданной ограниченной полосе частот;
Figure 00000038
- the average value of the amplitudes of the spectral components of the masking noise in a given limited frequency band;

Km - коэффициент отклонения от среднего выровненного значения амплитуд спектральных составляющих m-й частотной области.K m is the coefficient of deviation from the average aligned value of the amplitudes of the spectral components of the m-th frequency domain.

117. Рассчитывают скорректированный энтропийный коэффициент качества маскирующего шума как произведение коэффициента равномерности и энтропийного коэффициента качества маскирующего шума:117. The corrected entropy masking noise quality factor is calculated as the product of the uniformity coefficient and the masking noise entropy quality factor:

Figure 00000039
Figure 00000039

где η - энтропийный коэффициент качества маскирующей помехи;where η is the entropy coefficient of quality of the masking noise;

Figure 00000040
- коэффициент равномерности амплитудного спектра маскирующего шума.
Figure 00000040
- uniformity coefficient of the amplitude spectrum of masking noise.

118. Полученное скорректированное значение энтропийного коэффициента качества отображают с помощью устройства вывода.118. The obtained adjusted value of the entropy quality factor is displayed using the output device.

При реализации предлагаемого способа достигается результат, эквивалентный повышению точности оценки качества маскирующего акустического шума средства активной защиты, что в значительной мере должно способствовать более достоверным результатам при проведении сертификационных испытаний средств активной защиты. Правомерность полученных результатов подтверждена экспериментальным путем.When implementing the proposed method, a result is achieved that is equivalent to improving the accuracy of assessing the quality of masking acoustic noise of active protection means, which should significantly contribute to more reliable results when conducting certification tests of active protection means. The validity of the results is confirmed experimentally.

В качестве исходных данных для проведения эксперимента взята запись «квазибелого» маскирующего шума. На фиг. 3 представлен его амплитудно-частотный спектр. В результате практической реализации способа-прототипа получено значение энтропийного коэффициента качества η≈0,1. На фиг. 4 представлены первые 15 частотных областей, полученных при реализации предлагаемого способа для амплитудно-частотного спектра «квазибелого» маскирующего шума. Для 262145 спектральных составляющих спектра «квазибелого» маскирующего шума выбрано 20000 частотных областей (примерно 13 значений спектральных составляющих в каждой области). Получено значение для коэффициента равномерности

Figure 00000041
. Скорректированное значение энтропийного коэффициента качества «квазибелого» маскирующего шума ηc≈0,087.A record of a “quasi-white” masking noise was taken as the initial data for the experiment. In FIG. 3 presents its amplitude-frequency spectrum. As a result of the practical implementation of the prototype method, the value of the entropy quality factor η≈0.1 is obtained. In FIG. 4 presents the first 15 frequency regions obtained by implementing the proposed method for the amplitude-frequency spectrum of a “quasi-white” masking noise. For 262,145 spectral components of the spectrum of “quasi-white” masking noise, 20,000 frequency domains were selected (approximately 13 values of spectral components in each region). The value for the uniformity coefficient is obtained.
Figure 00000041
. The adjusted value of the entropy quality factor of the “quasi-white” masking noise is η c ≈0.087.

Выигрыш заявленного способа перед способом прототипом выражается коэффициентом отклонения от среднего значения

Figure 00000042
. Следовательно, технический результат, заявленный в задаче изобретения, достигнут.The gain of the claimed method before the prototype method is expressed by the coefficient of deviation from the average value
Figure 00000042
. Therefore, the technical result claimed in the objective of the invention is achieved.

Достоинства предлагаемого способа заключаются в следующем:The advantages of the proposed method are as follows:

- при реализации заявленного способа обеспечивается повышение точности оценивания качества маскирующего шума;- when implementing the inventive method provides an increase in the accuracy of assessing the quality of masking noise;

- реализация способа не требует значительных затрат вычислительных ресурсов.- the implementation of the method does not require significant computational resources.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность оценки качества маскирующего шума в условиях неравномерности амплитудного спектра маскирующего шума в заданном частотном диапазоне.Thus, the present invention improves the accuracy of evaluating the quality of masking noise under conditions of uneven amplitude spectrum of masking noise in a given frequency range.

Claims (1)

Способ оценки качества маскирующего шума, заключающийся в том, что принимают в течение времени t≥10 c маскирующий шум, преобразуют его в электрический сигнал, осуществляют дискретизацию по времени и квантование отсчетов мгновенных значений электрического сигнала по N уровням, вычисляют вероятности пересечения каждого уровня квантования, с использованием которых вычисляют математическое ожидание и среднеквадратическое значение напряжения электрического сигнала, затем находят энтропию закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала, рассчитывают энтропийный коэффициент качества относительно эталонного нормального закона распределения мгновенных значений напряжений электрического сигнала, вычисляют для всех дискретных значений времени уровень напряжения огибающей электрического сигнала, осуществляют квантование полученных значений напряжений огибающей электрического сигнала по N уровням, рассчитывают вероятности пересечения огибающей электрического сигнала каждого N-го уровня, рассчитывают второй момент закона распределения значений напряжения огибающей электрического сигнала, рассчитывают математическое ожидание натурального логарифма значений напряжения огибающей электрического сигнала, вычисляют энтропию закона распределения значений напряжений огибающей электрического сигнала, вычисляют энтропию эталонного для огибающей электрического сигнала распределения по закону Релея, вычисляют энтропийный коэффициент качества огибающей электрического сигнала, вычисляют энтропийный коэффициент качества маскирующего шума как произведение энтропийных коэффициентов качества мгновенных значений и огибающей электрического сигнала, отличающийся тем, что после того как вычисляют энтропийный коэффициент качества маскирующего шума, с помощью анализатора спектра получают набор спектральных составляющих маскирующего шума, находят среднее значение амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума, разбивают весь диапазон частот на M равных частотных областей, таким образом, чтобы в каждой частотной области оказалось не менее z значений (z≥2) амплитуд спектральных составляющих маскирующего шума, для каждой частотной области вычисляют относительный коэффициент отклонения от среднего выровненного значения амплитуд спектральных составляющих данной частотной области, вычисляют коэффициент равномерности амплитудного спектра маскирующего шума как усредненное значение относительных коэффициентов схождения к среднему, вычтенных из единицы, рассчитывают скорректированный энтропийный коэффициент качества маскирующего шума как произведение коэффициента равномерности и энтропийный коэффициент качества маскирующего шума, скорректированное значение энтропийного коэффициента качества отображают с помощью устройства вывода. A method for evaluating the quality of masking noise, which consists in receiving masking noise over a time t≥10 s, converting it into an electrical signal, sampling in time and quantizing samples of instantaneous values of the electrical signal at N levels, calculating the probabilities of intersection of each quantization level, using which the mathematical expectation and the rms value of the voltage of the electrical signal are calculated, then the entropy of the law of distribution of instantaneous voltage values is found electric signal, calculate the entropy coefficient of quality relative to the standard normal distribution of the instantaneous values of the voltage of the electric signal, calculate the voltage level of the envelope of the electric signal for all discrete values of time, quantize the obtained values of the voltage of the envelope of the electric signal at N levels, calculate the probabilities of the intersection of the envelope of the electric signal of each N-th level, calculate the second moment of the law of distribution of knowledge values of the envelope voltage of the electric signal, calculate the mathematical expectation of the natural logarithm of the values of the envelope voltage of the electric signal, calculate the entropy of the distribution law of the values of the envelope voltage of the electric signal, calculate the entropy of the reference distribution for the envelope of the electric signal according to the Rayleigh law, calculate the entropy coefficient of quality of the envelope of the electric signal, calculate the entropy coefficient qualities of masking noise as a product of entropy coes quality factors of instantaneous values and the envelope of the electrical signal, characterized in that after calculating the entropy coefficient of quality of the masking noise, using the spectrum analyzer, a set of spectral components of masking noise is obtained, the average value of the amplitudes of the spectral components of masking noise is found, the entire frequency range is divided into M equal frequency domains, so that in each frequency region there are at least z values (z≥2) of the amplitudes of the spectral components of the masking noise, for each frequency domain, the relative deviation coefficient from the average equalized value of the amplitudes of the spectral components of the given frequency domain is calculated, the uniformity coefficient of the amplitude spectrum of the masking noise is calculated as the average value of the relative convergence coefficients to the average subtracted from unity, and the corrected entropy coefficient of quality of the masking noise is calculated as the product uniformity coefficient and entropy coefficient of masking noise quality, the adjusted value of the entropy quality factor is displayed using the output device.
RU2014130567/07A 2014-07-22 2014-07-22 Quality assessment method of masking noise RU2550353C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130567/07A RU2550353C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Quality assessment method of masking noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130567/07A RU2550353C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Quality assessment method of masking noise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2550353C1 true RU2550353C1 (en) 2015-05-10

Family

ID=53293941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014130567/07A RU2550353C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Quality assessment method of masking noise

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2550353C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110598278A (en) * 2019-08-27 2019-12-20 中国舰船研究设计中心 Evaluation method for acoustic characteristics of ship mechanical system
CN112911601A (en) * 2021-01-29 2021-06-04 辽宁工程技术大学 Cognitive radio spectrum allocation protocol evaluation method and system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4972469A (en) * 1989-05-19 1990-11-20 Syntellect Inc. System and method for communications security protection
RU2111527C1 (en) * 1993-03-22 1998-05-20 Владимир Кириллович Железняк Device which measures characteristics of masking noise signals
RU2350023C1 (en) * 2007-07-16 2009-03-20 Федеральное государственное учреждение Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю Masking acoustic (vibroacoustic) noise quality test
RU2353057C1 (en) * 2007-07-16 2009-04-20 Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю Assessment method of masking direct noise interference quality

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4972469A (en) * 1989-05-19 1990-11-20 Syntellect Inc. System and method for communications security protection
RU2111527C1 (en) * 1993-03-22 1998-05-20 Владимир Кириллович Железняк Device which measures characteristics of masking noise signals
RU2350023C1 (en) * 2007-07-16 2009-03-20 Федеральное государственное учреждение Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю Masking acoustic (vibroacoustic) noise quality test
RU2353057C1 (en) * 2007-07-16 2009-04-20 Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю Assessment method of masking direct noise interference quality

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110598278A (en) * 2019-08-27 2019-12-20 中国舰船研究设计中心 Evaluation method for acoustic characteristics of ship mechanical system
CN112911601A (en) * 2021-01-29 2021-06-04 辽宁工程技术大学 Cognitive radio spectrum allocation protocol evaluation method and system
CN112911601B (en) * 2021-01-29 2023-10-17 辽宁工程技术大学 Cognitive radio spectrum allocation protocol evaluation method and system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9047878B2 (en) Speech determination apparatus and speech determination method
RU2472306C2 (en) Device and method for extracting ambient signal in device and method for obtaining weighting coefficients for extracting ambient signal
CN109425786B (en) Nonlinear distortion detection
US10444327B2 (en) Method for determining parameters of a compression filter and associated multi-channel radar
RU2550353C1 (en) Quality assessment method of masking noise
TW200919986A (en) Jamming detector and jamming detecting method
CN104464722A (en) Voice activity detection method and equipment based on time domain and frequency domain
US9880276B2 (en) Radar device
CN112034434B (en) Radar radiation source identification method based on sparse time-frequency detection convolutional neural network
JP5262171B2 (en) Encoding apparatus, encoding method, and encoding program
US9060222B2 (en) Method for determining an averaged frequency-dependent transmission function for a disturbed linear time-invariant system, evaluation device and computer program product
MX2022001336A (en) Method, apparatus, and computer-readable medium for adaptive normalization of analyte levels.
RU2549207C2 (en) Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver
MX2021007841A (en) Method and apparatus for intra prediction.
CN114513262A (en) Underwater sound signal processing method based on underwater glider
ATE434297T1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MONITORING AND CONTROLLING GAIN COMPRESSION IN A TRANSMITTED SIGNAL
CN106788807B (en) Wireless channel testing method and device
RU2436173C1 (en) Method of detecting pauses in speech signals and device for realising said method
RU2350023C1 (en) Masking acoustic (vibroacoustic) noise quality test
RU2353057C1 (en) Assessment method of masking direct noise interference quality
Nakahara et al. Effective measurement method for reverberation time using a constant signal-to-noise ratio swept sine signal
JP7066233B1 (en) AD converter and wideband noise power measuring device and power spectrum measuring device using this
CN102270454A (en) method and device for improving audio output
CN110726975B (en) Radar pulse signal distortion measuring method
CN116388761B (en) Analog-to-digital converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160723