NO812082L

NO812082L - PROCEDURE FOR TRANSFORMING FOR THE SIGRATED TRANSFER DIVIDED IN SIGNAL SECTION SIGNAL SIGNALS, AND DEVICE FOR EXECUTING THE PROCEDURE

Info

Publication number: NO812082L
Application number: NO812082A
Authority: NO
Inventors: Mengia Caflisch; Richard Weber
Original assignee: Crypto Ag
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1981-06-18
Publication date: 1981-12-21
Also published as: DE3164136D1; JPS5729100A; FI811862A7; EP0042587A1; DK271481A; AR228273A1; BR8103891A; ES8303853A1; EP0042587B1; ATE7993T1; FI811862L; ES503158A0

Description

Oppfinnelsen vedrbrer en fremgangsmåte for omforming av talesignaler som er oppdelt i signalavsnitt for sifrert overforing, hvor de enkelte signalavsnitt ved innforing og uttagning i hhv. fra lagringsenheter med forskjellige innforings- og uttagningshastigheter blir tidsmessig sammenpresset/samt en anordning for utforelse av fremgangsmåten. The invention relates to a method for transforming speech signals which are divided into signal sections for digitized transmission, where the individual signal sections when inserting and extracting in resp. from storage units with different insertion and removal speeds are temporally compressed/as well as a device for carrying out the method.

Ved de fleste analoge talesifreringsmetoder blir inngangs-signalet som skal sifreres delt opp i avsnitt. Oppdelingen kan skje frekvensmessig eller tidsmessig eller i begge ak-ser samtidig. De oppnådde signalavsnitt blir sifferavhengig ombyttet (permutert). Sifratet består da av en forandret sekvens av signalavsnitt, hvor det opptrer diskontinuiteter i grenseflatene. Som folge av overføringskanalens endelige båndgrense skjer en dispersjon. Grensestedet blir således uklart og dette medforer krysstale mellom to tidsmessige nabo-signalavsnitt. Dersom overforingskanalen foruten båndbegrensningen også har signaltidsforskjeller, noe som er tilfelle ved praktisk talt alle anvendelser, kan denne ef-fekt forsterkes drastisk, da innkoplingsprosessen (Ein-schwingvorgang) varer lengre i' en slik kanal. With most analogue speech encryption methods, the input signal to be encrypted is divided into sections. The division can take place in terms of frequency or time or in both axes at the same time. The obtained signal segments are digit-dependently exchanged (permuted). The digit rate then consists of a changed sequence of signal sections, where discontinuities occur in the boundary surfaces. As a result of the transmission channel's finite band limit, a dispersion occurs. The border location thus becomes unclear and this leads to cross-talk between two temporally neighboring signal sections. If, in addition to the band limitation, the transmission channel also has signal time differences, which is the case in practically all applications, this effect can be drastically amplified, as the switch-on process (Ein-schwingvorgang) lasts longer in such a channel.

Dispersjonen kan bevirke en betydelig dårligere talekvalitet etter desifrering. Som regel vil det derved opptre en svært forstyrrende, pulsaktig stoy. The dispersion can cause a significantly poorer speech quality after decryption. As a rule, this will result in a very disturbing, pulse-like noise.

I forbindelse med overforingen av audiosignaler i tidsmessig komprimert form gjennom videokanaler er det kjent fra US-PS 3 819 85 2 å foreta én multipleksoverforing ved grensene for de oppståtte signalluker. Ved multipleksmetoder med tidsmessig komprimering er det videre ifolge Proceedings of the I.E.F., bind III, No. 4, s 647 ff kjent å fylle ut luker mellom signalgrupper med fyllsignaler på en slik måte at det ved overforing oppnås en utbalansert energifordeling. Ende-lig foreslås ifolge GB-PS 1 407 196 ved en fremgangsmåte for endring av audiosignalers toneleie at de dannede signalluker fylles ved hjelp av interpolasjon. In connection with the transmission of audio signals in temporally compressed form through video channels, it is known from US-PS 3 819 85 2 to carry out one multiplex transmission at the boundaries of the resulting signal slots. In the case of multiplex methods with temporal compression, it is further according to the Proceedings of the I.E.F., Volume III, No. 4, p 647 et seq known to fill gaps between signal groups with filler signals in such a way that a balanced energy distribution is achieved by transmission. Finally, according to GB-PS 1 407 196, in a method for changing the pitch of audio signals, it is proposed that the formed signal gaps be filled by means of interpolation.

Ingen av de nevnte metoder er egnet til å eliminere de effek- ter som forårsakes av amplitydesprang i grenseflatene for signalavsnitt ved analog overforing av talesignaler i sifrert form. None of the aforementioned methods are suitable for eliminating the effects caused by amplitude jumps at the boundaries of signal sections when analog transmission of speech signals in digitized form.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å fjerne disse ulemper som oppstår ved innledningsvis nevnte fremgangsmåte og unngå signalujevnhetene i sifratet, slik at de forstyrrende virk-ningene kan utelukkes ved hjelp av egnet bedommelse på mottakersiden. The purpose of the present invention is to remove these disadvantages that arise from the initially mentioned method and to avoid the signal unevenness in the digit rate, so that the disturbing effects can be ruled out by means of suitable judgment on the receiving side.

Denne oppgave loses ved de trekk som er angitt i krav 1 og 5. This task is solved by the features specified in requirements 1 and 5.

På denne måte er det ved analog sifrering av talesignaler mulig å bedre talekvaliteten etter desifrering. Spesielt be-kjempes de forstyrrende påvirkninger av båndbegrensningen i overføringskanalen. In this way, with analogue encryption of voice signals, it is possible to improve the voice quality after decryption. In particular, the disturbing influences of the band limitation in the transmission channel are combated.

I det folgende skal de prinsipper som ligger til grunn for oppfinnelsen samt et utforelseseksempel beskrives under hen-visning til tegningen, hvor In the following, the principles underlying the invention as well as an exemplary embodiment will be described with reference to the drawing, where

fig. la - lc viser tre skjematiske båndbredde-tids-diagrammer som forklarer fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen, fig. 1a - 1c show three schematic bandwidth-time diagrams explaining the method according to the invention,

fig. 2a - 2c tre skjematiske amplityde-tids-diagrammer i om-koplingsområdet mellom to signalavsnitt, fig. 2a - 2c three schematic amplitude-time diagrams in the switching area between two signal sections,

fig. 3 et blokkskjerna av et mulig utforelseseksempel av oppfinnelsen og fig. 3 a block core of a possible embodiment of the invention and

fig. 4 et sekvensdiagram med innforings- og uttagningssekven-sen i lagringsenhetene for sender- hhv. mottakersiden. fig. 4 a sequence diagram with the insertion and removal sequence in the storage units for the transmitter or recipient side.

Fremgangsmåtens grunnleggende ide ligger i at signalet blir tidsmessig sammenpresset og at det således oppnådde tidsrom blir benyttet til dobbelt overforing av de kritiske signalandeler i grenseflatepmrådene (jfr. fig. 1). Den tidsmessige sammenpresning og den dermed forbundne okning av båndbredden oppnås ved at signalet som skal behandles blir innfort i en lagringsenhet med en bestemt hastighet og tatt ut med okt hastighet. De signalandeler som gjentas i det tidsrom som vinnes kan forsynes med en vektfunksjon (jfr. fig. 4). Ved hjelp av dem kan man realisere en myk opptoning og nedto-ning. På mottakersiden bedommes bare de signalandeler, som ikke er vektlagt. Når de blir korrekt sammensatt og utvidet til den opprinnelige tidsmessige lengde, vil de igjen gi det opprinnelige signal. The basic idea of the method is that the signal is temporally compressed and that the time thus obtained is used for double transmission of the critical signal portions in the interface areas (cf. Fig. 1). The temporal compression and the associated increase in bandwidth is achieved by the signal to be processed being entered into a storage unit at a certain speed and taken out at an eight speed. The signal portions that are repeated in the time period that is won can be provided with a weight function (cf. Fig. 4). With their help, you can realize a soft fade-in and fade-out. On the receiver side, only the signal shares, which are not weighted, are assessed. When they are correctly assembled and extended to the original temporal length, they will again give the original signal.

Ved spesielt valg av vektfunksjonen blir ingen signalandeler gjentatt. I dette teknisk særdeles enkle tilfelle hindres riktignok ikke noen båndbreddeokning. Derimot hindres også her krysstale mellom nærliggende signalavsnitt. When the weight function is selected in particular, no signal parts are repeated. In this technically extremely simple case, it is true that no increase in bandwidth is prevented. In contrast, crosstalk between nearby signal sections is also prevented here.

I det folgende skal fremgangsmåten belyses ved hjelp av et eksempel på en enkel tidspakkeombytting. Fig. la viser et mulig format på talesignalet som skal sifreres. Signalavsnittene har her en båndbredde B og en tidsmessig lengde T. Dette signal blir innfort i en lagringsenhet med en bestemt hastighet og blir i permutert rekkefolge uttatt med l/g-gan-. ger så stor hastighet. Derved 'får hvert signalavsnitt T en tidsmessig sammenpresning til lengden sT, samtidig som båndbredden B oker- til B/ s. I de tidsavsnitt som derved vinnes, omkoplingsintervallene T^, blir en del av informasjonen uts-tått en gang til (se fig. la og b). På denne måte kan det hindres at det opptrer ujevnheter på grensene av signalavsnittene med lengden T hhv sT, da det opprinnelige signal-forlop på disse steder fortsettes under Ty/2. Det egentlige overgangssted opptrer da innenfor omkoplingsintervallet Ty. In the following, the procedure will be explained using an example of a simple time packet exchange. Fig. 1a shows a possible format of the speech signal to be digitized. The signal sections here have a bandwidth B and a temporal length T. This signal is inserted into a storage unit at a specific speed and is taken out in permuted order with l/g-gan-. gives such great speed. Thereby, each signal section T is temporally compressed to the length sT, at the same time as the bandwidth B increases to B/s. In the time sections thereby gained, the switching intervals T^, part of the information is transmitted once more (see fig. la and b). In this way, unevenness can be prevented from occurring at the boundaries of the signal sections with the length T or sT, as the original signal sequence at these locations is continued during Ty/2. The actual transition point then occurs within the switching interval Ty.

Den signaldel som overfores i intervallet T , blir slettet i mottakeren, idet hele informasjonen foreligger i de ovrige avsnitt. Disse avsnitt blir innfort med en bestemt hastighet i lagringsenheten på mottakersiden og blir uttatt i tilbakebyttet rekkefolge med s-doblet hastighet (se fig. lc). Signalet får da sin opprinnelige båndbredde B. Den overflodige signalandel, som ikke benyttes i mottakeren og som overfores i omkoplingsintervallet T , kan for overforing forsynes med en vektleggingsfunksjon, som tillater en maksimalt myk om- The part of the signal that is transmitted in the interval T is deleted in the receiver, as all the information is available in the other sections. These sections are inserted at a specific speed into the storage unit on the receiving side and are retrieved in reversed order at s-doubled speed (see fig. 1c). The signal then receives its original bandwidth B. The excess signal portion, which is not used in the receiver and which is transmitted in the switching interval T , can be provided with an emphasis function for transmission, which allows a maximally smooth switching

kopling og dermed forkorter innkoplingsprosessene på overfø-ringskanalen. Fig. 2 viser skjematiske utsnitt av et sifrat s(t) på et overgangssted. I fig. 2a mangler slettingsfunksjonen, i fig. 2b er sifratet vektlagt i en "myk" omkoplingsfunksjon. I fig. 2c vises et spesialtilfelle. Her er den tekniske realisering særdeles enkel/men de onskede egenskaper nås bare delvis. Fig. 3 viser et blokkskjema for en mulig realisering av det omtalte utforelseseksempel. 1 et inngangsfilter 1 blir talesignalet som skal sifreres begrenset til båndbredden B. Via en analog-digital-omformer 2 og en bryteranordning 3 blir signalet innfort i et lag-ringssett 4. Denne innforingsprosess foregår ifolge det, skjema som er vist i fig. 4. Med okt uttagningshastighet og i permutert rekkefolge innenfor en signalramme TR kommer signalavsnittene med lengden T (T rn i. = n»T;.n i hele tall) via en bryter 5 og en digital-analog-omformer 6 til et styrbart forsterkertrinn 7. Ved hjelp av denne uttagningsprosess får signalet den omforming som er vist i fig. la og b. Takket være den overlappende innforing i begynnelsen og slutten av hver signalramme (jfr. fig. 4), kan man realisere dobbelt uttagning av de samme signalutsnitt i området for overgangs-stedene, ikke bare innenfor en ramme/, men også i begynnelsen og slutten av hver ramme. Den myke omkopling som er vist i fig. 2b realiseres ved hjelp av forsterkeren 7. Via et sen-derfilter 8 blir sifratet nå innmatet i overforingskanalen. Styringen av bryterne 3,5 og den variable forsterker og ad-resseringen av lagringsenhetene 4 overtar en styreenhet 9. Senderens styreenhet 9 er derved i stand til å adressere hhv. styre de tre lagringsdeler og bryteranordningens bryte-re enkeltvis. Ved gjentagelse av en adressesekvens ved uttagning kan vedkommende signalavsnitt tas ut og overfores en andre gang, slik at man får den situasjon som er vist i fig. 1. connection and thus shortens the connection processes on the transmission channel. Fig. 2 shows schematic sections of a digit rate s(t) at a transition point. In fig. 2a lacks the deletion function, in fig. 2b is the digit rate emphasized in a "soft" switching function. In fig. 2c shows a special case. Here, the technical implementation is extremely simple/but the desired properties are only partially achieved. Fig. 3 shows a block diagram for a possible realization of the mentioned embodiment example. 1 an input filter 1, the speech signal to be encrypted is limited to the bandwidth B. Via an analogue-digital converter 2 and a switching device 3, the signal is inserted into a storage set 4. This insertion process takes place according to the scheme shown in fig. 4. With oct sampling speed and in permuted sequence within a signal frame TR, the signal sections of length T (T rn i. = n»T;.n in whole numbers) come via a switch 5 and a digital-analog converter 6 to a controllable amplifier stage 7 By means of this selection process, the signal receives the transformation shown in fig. la and b. Thanks to the overlapping insertion at the beginning and end of each signal frame (cf. Fig. 4), it is possible to realize double sampling of the same signal sections in the area of the transition locations, not only within a frame/, but also in the beginning and end of each frame. The soft switching shown in fig. 2b is realized with the help of the amplifier 7. Via a transmitter filter 8, the digit rate is now fed into the transmission channel. The control of the switches 3,5 and the variable amplifier and the addressing of the storage units 4 is taken over by a control unit 9. The transmitter's control unit 9 is thereby able to address respectively control the three storage parts and the switch device's switches individually. When an address sequence is repeated when extracting, the relevant signal section can be extracted and transmitted a second time, so that the situation shown in fig. 1.

I mottakeren går signalet via et mottakerfilter 10, en analog-digital-omf ormer 11 og en bryter 12 til lagringsenheten 13. In the receiver, the signal goes via a receiver filter 10, an analog-to-digital converter 11 and a switch 12 to the storage unit 13.

I motsetning til senderen, hvor det benyttes 3 lagringsenheter for at den overlappende uttagning av sifratet i grensene for rammen T skal muliggjores på en enkel måte, omfatter mottakeren 2 lagringsenheter. Med redusert uttagningshastighet og i tilbakebyttet rekkefolge blir signalavsnittene fort til et utgangsfilter 16 via en bryter 14 og en digital-analog-omformer 15. Også i mottakeren blir bryterne 12,14 og adres-seringen av lagringsenhetene 13 styrt av en styreenhet 17. Fig. 4 gir et overblikk over innforings- og uttagningsrytmen i sender og mottaker. In contrast to the transmitter, where 3 storage units are used in order for the overlapping extraction of the digit rate in the limits of the frame T to be made possible in a simple way, the receiver includes 2 storage units. With a reduced sampling speed and in reversed sequence, the signal sections are quickly sent to an output filter 16 via a switch 14 and a digital-analog converter 15. Also in the receiver, the switches 12,14 and the addressing of the storage units 13 are controlled by a control unit 17. Fig. 4 gives an overview of the insertion and removal rhythm in the transmitter and receiver.

For en sifferavhengig permutasjon av signalblokkene, trenger styreenhetene 9 og 17 tilsvarende informasjon. Den avgir en her ikke nærmere omtalt sifferstromgenerator. For a digit-dependent permutation of the signal blocks, the control units 9 and 17 need corresponding information. It emits a digital current generator not discussed in detail here.

Med fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen er det mulig å bedre talekvaliteten etter desifrering og dempe den forstyrrende påvirkning av.overforingskanalens båndbegrensning. With the method according to the invention, it is possible to improve the voice quality after decryption and reduce the disturbing influence of the transmission channel's band limitation.

Claims

1. Method for transforming voice signals, which are divided into signal sections for encrypted transmission, "where the individual signal sections (T) are temporally compressed by inserting or removing storage units with different insertion or removal speeds, characterized in that the time sections .(T ) which is available as a result of this compression is used for double transfer of the signal parts in the area of the boundary locations for each signal section, so that the signal's original progress is retained at the boundaries of each signal section in the digitized signal, and that the digitized signal within the time sections (Tu ) which is obtained during the compression is provided with an emphasis function, so that an optional switching function can be achieved within these time sections.

2. Method as specified in claim 1, characterized in that the weighting function is constant and at the beginning of each time section (T u) takes the value 1, subsequently drops to zero until the actual switching time and then rises to the value 1 again until the end of the time period (T ).

3. Method as stated in claim 1, characterized in that the time sections (T ) on the receiver side are deleted and that the signal sections are stretched to their original temporal length.

4. Method as stated in claims 1 and 3, where several signal sections (T) on the transmitter side are combined into a signal frame (TR ) and where the encryption is carried out by digit-dependent exchange of the signal sections (T) within the signal frame, characterized in that the double transmission at the border points of the signal frames occurs by overlapping insertion into different storage units, followed by removal in turn from these storage units at increased speed and that the double transfer at the border points of the signal sections (T) within each signal frame (TR) is achieved by double removal of border areas for the signal sections ( T) and corresponding oct withdrawal rate.

5. Device for carrying out the method as an-. given in claim 4 with a device on the end side which comprises an analog-digital converter (2) and a digital-analog converter (6), characterized in that the output of the analog-digital converter is connected to a switch device (3), which can be operated in such a way by a control unit (9) which is connected to it that the signal from the analog-digital converter (2) in the form of time-overlapping signal frames can be alternately inserted at any time into one of at least three storage units (4) which are connected with the switch device (3), where the storage units (4) for exchange and for partial double extraction of the signal sections at the border locations as well as for controlling the extraction speed are connected to the control unit (9), that the storage units (4) on the output side are connected to the digital-analog converter the wormer (6) via a switch (5), which is connected to the control unit (9) for the composition of the extracted signal frames, and that a variable amplifier is connected after the digital-analog converter (6) which is likewise connected to the board the heat (9).

6. Device as stated in claim 5, with a device on the receiving side comprising an analog-digital horn former (11) and a digital-to-analog converter (15), characterized in that the analog-to-digital converter's output is connected to a switch (12), which can be operated by a control unit (17) connected to it in such a way that the incoming signal frames can alternately is inserted into one of at least two storage units (13), where the storage units for replacing the signal sections and for extracting them at a reduced speed while deleting the doubly transferred signal parts are connected to the control unit (17), and that the storage-. the devices on the output side are connected to the digital-to-analog converter (15) via a further switch (14), which is also connected to the control unit (17) for the composition of the extracted signal frames.