СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МАСКИРУЮЩЕЙ ПОМЕХИ

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МАСКИРУЮЩЕЙ ПОМЕХИ


RU (11) 2154893 (13) C1

(51) 7 H03B29/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2000.08.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 99126723/09 
(22) Дата подачи заявки: 1999.12.20 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.12.29 
(45) Опубликовано: 2000.08.20 
(56) Аналоги изобретения: JP 1-225205 A, 08.09.1989. RU 2120179 C1, 10.10.1998. RU 2111527 C1, 20.05.1998. RU 2127899 C1, 20.03.1999. US 3777278 A, 04.12.1973. DE 1272380 A, 11.07.1968. 
(71) Имя заявителя: Военный университет связи 
(72) Имя изобретателя: Воевода Ф.С.; Железняк В.К.; Комарович В.Ф.; Панкин В.В. 
(73) Имя патентообладателя: Военный университет связи 
(98) Адрес для переписки: 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий просп., д.3, Военный университет связи, Бюро по изобретательству 

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ МАСКИРУЮЩЕЙ ПОМЕХИ 

Изобретения относятся к области защиты информации и могут быть использованы для маскирования речевых сигналов в каналах утечки конфиденциальной информации в спектре речевого сигнала. Способ заключается в формировании шумового и маскирующего сигналов и их смешивании, при этом маскирующий сигнал формируется путем смешивания формантных сигналов, кратковременные автокорреляционные функции которых дополнительно маскируют кратковременные автокорреляционные функции вокализованных участков речевого сигнала. Устройство формирования маскирующей помехи состоит из генератора шума, блока формирования маскирующих сигналов, усилителя маскирующего сигнала, выходного сумматора. Технический результат заключается в обеспечении формирования помехи с более высокими маскирующими свойствами. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 14 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области защиты информации и могут быть использованы для маскирования речевых сигналов в каналах утечки конфиденциальной информации в спектре речевого сигнала.

Известен способ создания маскирующих помех (см. Калинин С.В. "Исследование систем виброакустического зашумления". Информационно-методический журнал "Конфидент". Издательство: Ассоциация защиты информации.: - М. , СПб N 4, 1998, с. 57), заключающийся в создании широкополосных шумовых сигналов, плотность вероятности мгновенных значений которых распределена по нормальному закону, а спектральная плотность мощности постоянна в полосе частот речевого сигнала.

Известен также способ создания маскирующих помех (см. С.Е. Сталенков, И. В. Василевский "Нелк-новая идеология комплексной безопасности. Способы и аппаратура активной акустической защиты выделенных помещений". Информационно-методический журнал "Конфидент". Издательство: Ассоциация защиты информации. : - М., СПб. N 4, 1998, с. 59), заключающийся в создании широкополосных шумовых сигналов, плотность вероятности мгновенных значений которых распределена по нормальному закону, а спектральная плотность мощности сигнала повторяет усредненную по времени спектральную плотность мощности речи.

Недостатком указанных способов является относительно невысокая степень защиты такими маскирующими помехами информационных речевых сигналов. Это обусловлено тем, что кратковременная автокорреляционная функция, являющаяся статистической характеристикой речевых сигналов, на вокализованных участках значительно отличается от аналогичной характеристики маскирующих помех, сформированных способами-аналогами, что делает возможным выделение на их фоне речевых информационных сигналов методами кратковременного автокорреляционного анализа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является известный способ формирования маскирующей помехи, описанный в статье С.Е. Сталенкова, И.В.Василевского "Нелк-новая идеология комплексной безопасности. Способы и аппаратура активной акустической защиты выделенных помещений". Информационно-методический журнал "Конфидент". Издательство: Ассоциация защиты информации.: - М., СПб N 4,1998, с. 61.

Для формирования маскирующей помехи в способе-прототипе генерируют шумовой сигнал. Далее формируют маскирующий сигнал, для чего принимают сигналы трех радиостанций, работающих на различных частотах (например, вещательных радиостанций) с возможностью приема сигналов от радиостанций с другими частотами. Переход от сигналов одной тройки радиостанций на другую осуществляют по случайному закону. Затем принятые радиосигналы детектируют и смешивают между собой. После чего маскирующую помеху формируют путем смешивания маскирующего и шумового сигналов.

При таком способе формирования маскирующей помехи кратковременные автокорреляционные функции дополнительно вводимых в шумовой сигнал речевых и музыкальных фрагментов, транслируемых радиостанциями, обеспечивают дополнительное маскирование кратковременных автокорреляционных функций речевого сигнала. Это усложняет процесс выделения речевого сигнала на фоне такой помехи в сравнении с рассмотренными аналогами.

Однако способ-прототип все же имеет невысокую степень защиты информационного сигнала, что объясняется следующими причинами:

вокализованные сегменты речевого сигнала не всегда могут быть в достаточной степени замаскированы, так как кратковременная автокорреляционная функция музыкальных произведений, транслируемых на вещательных радиостанциях, отличаются от аналогичной функции речевого сигнала на вокализованных участках. В частотной области это проявляется в появлении сосредоточенных в определенной области составляющих вне пределов полосы частот 0.3-3.4 кГц, которые могут быть отфильтрованы;

наличие пауз в ведении радиотрансляций снижает эффективность процесса маскирования сигнала сформированной таким способом помехой;

существует возможность обнаружения заинтересованными лицами в эфире сигналов, используемых для маскирования, и последующей их компенсации.

Известны устройства для создания маскирующих шумовых сигналов. Так в патенте РФ N 2120179, 1998 г., описан генератор белого шума, содержащий генератор импульсов, формирователь сетки частот, m генераторов опорной последовательности, m элементов И, цифроаналоговый преобразователь, постоянное запоминающее устройство, сглаживающий фильтр, блок управления.

Однако известное устройство имеет недостатки. Так кратковременная автокорреляционная функция маскирующей помехи, генерируемой этим устройством существенно отличается от аналогичной характеристики речи на вокализованных участках, что делает возможным выделение на фоне такой помехи информационных сигналов методом кратковременного автокорреляционного анализа.

Известно также устройство (см. патент N 1-67010 Япония, 1990 г.), которое в качестве маскирующей помехи формирует розовый шум. Оно содержит запоминающее устройство, устройство считывания адреса запоминающего устройства, цифроаналоговый преобразователь, полосовой фильтр. Выход устройства считывания адреса запоминающего устройства подключен к входу запоминающего устройства, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя. Выход цифроаналогового преобразователя подключен к входу полосового фильтра, выход которого является выходом устройства.

Недостатком данного устройства является то, что кратковременная автокорреляционная функция маскирующей помехи, генерируемой этим устройством, также существенно отличается от аналогичной характеристики речи на вокализованных участках, что делает возможным выделение на фоне такой помехи информационных сигналов методами кратковременного автокорреляционного анализа.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству является устройство, описанное в патенте Японии N 1-225205, МПК H 04 В 29/00, опубл. 8.09.1989 г.

Устройство-прототип содержит генератор шума, коммутатор маскирующих сигналов, быстродействующий синтезатор частот, амплитудный модулятор. Первый выход генератора шума подключен к первому входу коммутатора маскирующих сигналов, выход которого подключен к входу быстродействующего синтезатора частот, первый выход которого подключен к первому входу амплитудного модулятора, выход которого является выходом устройства, ко второму входу амплитудного модулятора подключен второй выход генератора шума, а второй выход быстродействующего синтезатора частот подключен ко второму входу коммутатора маскирующих сигналов.

Сформированная устройством-прототипом маскирующая помеха более качественно маскирует речевой сигнал при кратковременном автокорреляционном анализе по сравнению с устройствами-аналогами.

Однако она обладает все же относительно низкими маскирующими свойствами. Это объясняется тем, что ее кратковременная автокорреляционная функция может быть скомпенсирована алгоритмами компенсации кратковременных автокорреляционных функций.

Целью заявляемых изобретений является разработка способа и устройства формирования маскирующей помехи, которые обеспечивают генерирование маскирующей помехи с более высокими маскирующими свойствами за счет введения в шумовой сигнал формантных сигналов, кратковременные автокорреляционные функции которых будут дополнительно маскировать кратковременные автокорреляционные функции вокализованных участков речевого сигнала. В частности, формантные сигналы гласных звуков могут быть выбраны для русской речи.

Поставленная цель в заявляемом способе формирования маскирующей помехи достигается тем, что в известном способе формирования маскирующей помехи, заключающемся в том, что формируют шумовой и маскирующий сигналы и их смешивают, для формирования маскирующего сигнала из шумового сигнала выделяют формантные сигналы, т.е. шумовые сигналы, частотные спектры которых соответствуют частотным спектрам N формант каждого гласного звука речи, где N>=2. [Форманта - область концентрации энергии в спектре речевого сигнала. (см. М. А.Сапожков. Речевой сигнал в кибернетике и связи. - М.: Связьиздат, 1963, с. 414. )] . Затем выбирают по одному формантному сигналу из каждой i-й группы формантных сигналов и смешивают между собой, где i=1,2,...,N. После чего смешанный сигнал усиливают. Причем смешиваемые формантные сигналы выбирают по случайному закону, через установленные интервалы времени.

При такой совокупности существенных признаков за счет формирования формантных сигналов, структура кратковременных автокорреляционных функций которых близка к структуре кратковременных автокорреляционных функций вокализованных участков речевого сигнала, и их смешивании по случайному закону обеспечивается генерирование маскирующей помехи с более высокими маскирующими свойствами.

Поставленная цель в заявляемом устройстве достигается благодаря тому, что в устройство формирования маскирующей помехи, содержащее генератор шума и блок формирования маскирующих сигналов, вход которого подключен к выходу генератора шума, дополнительно введены выходной сумматор и усилитель маскирующего сигнала. Вход усилителя маскирующего сигнала подключен к выходу блока формирования маскирующих сигналов, а выход подключен ко второму входу выходного сумматора. Первый вход выходного сумматора подключен к выходу генератора шума, а его выход является выходом устройства. Блок формирования маскирующих сигналов содержит формирователь формантных сигналов N, где N>=2, коммутаторы формантных сигналов, сумматор. Вход формирователя формантных сигналов является входом блока формирования маскирующих сигналов. В блоке формирования маскирующих сигналов M выходов, где M>=2, i-й группы выходов формирователя формантных сигналов, где i= 1,2, ...,N, подключены к соответствующим М входам i-го коммутатора формантных сигналов, а i-й вход сумматора подключен к выходу i-го коммутатора формантных сигналов. Выход сумматора является выходом блока формирования маскирующих сигналов. Формирователь формантных сигналов содержит N групп полосовых фильтров, каждая из которых состоит из М полосовых фильтров. Все М выходов i-й группы полосовых фильтров являются соответствующими М выходами i-й группы выходов формирователя формантных сигналов, а входы всех полосовых фильтров N групп полосовых фильтров объединены и являются входом формирователя формантных сигналов.

При такой совокупности существенных признаков за счет формирования формантных сигналов, структура кратковременных автокорреляционных функций которых близка к структуре кратковременных автокорреляционных функций вокализованных участков речевого сигнала, и их смешивании по случайному закону обеспечивается генерирование маскирующей помехи с более высокими маскирующими свойствами.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленных способа и устройства условию патентоспособности "новизна".

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".

Заявляемые технические решения поясняются чертежами и схемами, на которых показаны:

фиг. 1 - кратковременная автокорреляционная функция вокализованного участка речи;

фиг. 2 - кратковременный спектр маскирующего сигнала, сформированного способом-прототипом;

фиг. 3 - кратковременные спектры маскирующего сигнала, сформированного заявляемым способом;

фиг. 4 - кратковременная автокорреляционная функция маскирующего сигнала, сформированного заявляемым способом;

фиг. 5 - кратковременная автокорреляционная функция шумового сигнала;

фиг. 6 - кратковременная автокорреляционная функция маскирующей помехи, сформированной заявляемым способом;

фиг. 7- кратковременная автокорреляционная функция вокализованного участка речи (буквы О);

фиг. 8 - кратковременная автокорреляционная функция суммы вокализованного участка речи (буквы О) и шумового сигнала;

фиг. 9 - кратковременная автокорреляционная функция суммы вокализованного участка речи (буквы О) и маскирующей помехи, сформированной заявляемым способом;

фиг. 10 - структурная схема устройства формирования маскирующей помехи;

фиг. 11 - структурная схема формирователя формантных сигналов;

фиг. 12 - структурная схема группы полосовых фильтров;

фиг. 13 - структурная схема коммутатора формантных сигналов;

фиг. 14 - структурная схема управляющего элемента коммутатора формантных сигналов.

Реализация заявляемого способа объясняется следующим образом.

Для затруднения обработки зашумленного речевого сигнала с помощью кратковременного автокорреляционного анализа необходимо замаскировать кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка речевого сигнала, которая имеет квазипериодическую структуру с выраженными максимумами, следующими с периодом основного тона (Л.Р. Рабинер, Р.В. Шафер. Цифровая обработка речевых сигналов, с. 136.) Тот. (см. фиг. 1.) Поэтому необходимо, чтобы аналогичная характеристика маскирующей помехи имела структуру, близкую к периодической. В этом случае кратковременная автокорреляционная функция помехи будет "разрушать" кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка речи. Для обеспечения схожести структур вышеуказанных функций маскирующей помехи и речевого сигнала, необходимо чтобы в помехе присутствовали те частотные составляющие, которые определяют кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка речевого сигнала. Такими составляющими являются, например, форманты гласных звуков. Поэтому и в помехе должны присутствовать такие же составляющие, обеспечивающие периодический характер кратковременной автокорреляционной функции маскирующей помехи. В принципе такая задача может решаться применением в качестве маскирующего сигнала речевых сигналов и музыкальных сигналов радиостанций, кратковременные автокорреляционные функции которых имеют квазипериодический характер. Однако надежность маскирования резко снижается возможностью приема заинтересованными лицами сигналов тех же радиостанций с последующей компенсацией маскирующего сигнала. Применение музыкальных сигналов так же малоэффективно из-за различий кратковременных автокорреляционных функций музыкальных сигналов и вокализованных участков речевого сигнала.

В заявляемом способе формирования маскирующей помехи в качестве составляющих используются формантные сигналы, т.е. шумовые сигналы, полученные путем выделения из общего спектра шумового сигнала спектральных составляющих, соответствующих формантным областям М формант гласных звуков речи, в частности русского языка. В силу того, что полосы частот, занимаемые этими формантами, а следовательно, и формантными сигналами достаточно узкие (50-150 Гц), автокорреляционные функции последних будут иметь квазипериодическую структуру, позволяющую маскировать кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка речевого сигнала.

Сущность заявленного способа и его реализация заключается в следующем. На первом этапе из сформированного шумового сигнала (белый либо розовый шум) отфильтровывают сигналы с полосами частот, соответствующих полосам частот первых трех формант гласных звуков, т.е. формантные сигналы. Первые три формантные области используются исходя из того, что они находятся в полосе частот 0.3-3.4 кГц, оптимальной с точки зрения разборчивости. Форманты гласных звуков выбраны из следующих соображений: гласные звуки, особенно ударные, имеют большие, по сравнению с согласными звуками, значения функции кратковременной энергии (см. Л.Р. Рабинер, Р.В. Шафер. Цифровая обработка речевых сигналов. с. 117), а также имеют выраженную квазипериодическую структуру, что делает возможным их выделение при кратковременном автокорреляционном анализе. Поэтому именно гласные звуки речи нуждаются в дополнительном маскировании.

Сформированные формантные сигналы группируют по группам в соответствии с порядковым номером формант. Так первую группу образуют формантные сигналы, полосы частот которых соответствуют полосам частот первых формант М гласных звуков, вторую группу образуют формантные сигналы, полосы частот которых соответствуют полосам частот вторых формант М гласных звуков, а третью формантные сигналы, полосы частот которых соответствуют полосам частот третьих формант М гласных звуков.

Далее выбирают по одному формантному сигналу из i-й группы формантных сигналов и смешивают между собой, образуя маскирующий сигнал. Целесообразность суммирования формантных сигналов, соответствующих N формантным областям гласных звуков поясняется следующим.

Частотную область, занимаемую, например, тремя формантами гласных звуков русского языка, условно можно разделить на три диапазона: первый 240-630 Гц, второй 610-2220 Гц, третий 2320-2970 Гц. Каждая форманта указанных диапазонов вносит определенный вклад в формирование структуры кратковременной автокорреляционной функции гласной. Поэтому при формировании кратковременной автокорреляционной функции маскирующего сигнала необходимо учитывать указанное обстоятельство, а следовательно, использовать по одному формантному сигналу из каждой i-й группы.

Для надежного маскирования кратковременных автокорреляционных функций вокализованных участков речи на следующем этапе маскирующий сигнал усиливают.

На заключительном этапе маскирующий сигнал смешивают с шумовым сигналом. Необходимость последнего действия продиктована следующими обстоятельствами. Речевой сигнал содержит не только вокализованные звуки, например гласные, но и невокализованные или фрикативные звуки (В.Р. Рабинер, Р.В. Шафер. Цифровая обработка речевых сигналов, с. 43), например согласные "п", "т", "к", которые влияют на разборчивость речевого сигнала и имеют шумоподобную структуру (В.Г. Михайлов, Л.В. Златоустова. Измерение параметров речи. с. 12). Поэтому для маскирования таких звуков маскирующий сигнал дополнительно смешивают с шумовым.

В целях затруднения компенсации кратковременных автокорреляционных функций маскирующего сигнала, а следовательно, и маскирующей помехи, в каждый интервал времени t для формирования маскирующего сигнала используют N формантных сигналов, выбранных из М формантных сигналов каждой i-й группы формантных сигналов по случайному закону. Целесообразно выбирать интервал времени t = 100-130 миллисекунд исходя из среднестатистического времени произнесения гласной tсреднестат. = 120 миллисекунд (см. М.А. Сапожков. Речевой сигнал в кибернетике и связи. - М.: Связьиздат, 1963, с. 61.).

Возможность повышения степени маскирования маскирующим сигналом в сравнении с прототипом можно показать следующим образом.

Кратковременные автокорреляционные функции музыкальных фрагментов, используемых в способе-прототипе в качестве маскирующего сигнала, имеют отличия от кратковременных автокорреляционных функций вокализованных участков речи. В частотной области это выражается в том, что составляющие кратковременных спектров музыкальных произведений могут находиться за пределами полосы частот 0.3-3.4 кГц (см. А.В. Выходец, М.В. Гитлиц и др. Радиовещание и электроакустика, с. 48.) фиг. 2, а и поэтому могут быть отфильтрованы.

Кроме того, маскирующий сигнал может быть принят приемником системы обработки и скомпенсирован. На фиг. 2, б показан кратковременный спектр маскирующего сигнала, сформированного способом-прототипом, а на фиг. 2, в показан кратковременный спектр этого же маскирующего сигнала, но полученный на выходе приемника обработки, при их вычитании маскирующий сигнал в маскирующей помехе отсутствует фиг.2, г. И наконец, при формировании маскирующей помехи способом-прототипом маскирующий сигнал может отсутствовать из-за возможности наличия пауз в ведении радиотрансляций.

Сформированный заявляемым способом маскирующий сигнал в частотно-временной области будет представлять собой совокупность случайно изменяющихся по частоте и интенсивности спектральных составляющих в пределах полосы частот 0.3-3.4 кГц. На фиг. 3 показаны кратковременные спектры маскирующего сигнала для двух различных моментов времени.

На фиг. 4 показана кратковременная автокорреляционная функция маскирующего сигнала, образованного путем сложения формантных сигналов, соответствующих, например, первой форманте буквы А, второй форманте буквы О и третьей форманте буквы Ы. При смешивании его с шумовым сигналом, имеющим автокорреляционную функцию, показанную на фиг. 5, получаем маскирующую помеху, с кратковременной автокорреляционной функцией, показанной на фиг. 6. Из фиг. 6 видно, что кратковременная автокорреляционная функция маскирующей помехи имеет квазипериодический характер и поэтому более качественно маскирует кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка.

Это можно подтвердить на примере маскирования вокализованного участка речевого сигнала, например, буквы О.

Вычисление кратковременных автокорреляционных функций проведено с использованием пакета прикладных программ Matlab (см. В.Г. Потемкин. Matlab. Справочное пособие. - М.: Диалог МИФИ, 1998, 350 с.) при времени задержки 40 миллисекунд и продолжительности анализируемого участка 50 миллисекунд.

Кратковременная автокорреляционная функция участка произнесения буквы О представлена на фиг. 7. При использовании в качестве маскирующей помехи шумового сигнала автокорреляционная функция буквы О недостаточно замаскирована, фиг. 8. При использовании же маскирующей помехи, сформированной заявленным способом, степень маскировки увеличивается, без увеличения мощности маскирующей помехи, фиг. 9.

Таким образом, при формировании маскирующей помехи заявляемым способом, когда шумовой сигнал смешивают со сформированным маскирующим сигналом, кратковременная автокорреляционная функция последнего будет дополнительно маскировать кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка речи при затухании кратковременной автокорреляционной функции шумового сигнала, причем кратковременные автокорреляционные функции маскирующей помехи в различные моменты времени будут различны.

Устройство формирования маскирующей помехи, показанное на фиг. 10, состоит из генератора шума 1, блока формирования маскирующих сигналов 2, усилителя маскирующего сигнала 3, выходного сумматора 4. Выход генератора шума 1 подключен к входу блока формирования маскирующих сигналов 2 и первому входу выходного сумматора 4, второй вход которого подключен к выходу усилителя маскирующего сигнала 3, вход которого подключен к выходу блока формирования маскирующих сигналов 2.

Генератор шумового сигнала 1 предназначен для формирования белого или розового шума, плотность вероятности мгновенных значений которого распределена по нормальному закону. При этом спектральная плотность мощности шума либо постоянна полосе частот 0.25-5 кГц (белый шум), либо повторяет усредненную спектральную плотность мощности речевого сигнала в этой полосе частот (розовый шум). Схемы генераторов белого и розового шума известны и описаны, например, в книге Р.Граф Электронные схемы. - М.: Мир, 1989, с. 403.

Блок формирования маскирующих сигналов 2 предназначен для формирования маскирующего сигнала и состоит из формирователя формантных сигналов 2.1, N коммутаторов формантных сигналов 2.21, 2.22,...,2.2N, сумматора 2.3. Вход формирователя формантных сигналов 2.1 является входом блока формирования маскирующих сигналов 2. В блоке формирования маскирующего сигнала 2, М-выходов, где М>=2, i-й группы выходов формирователя формантных сигналов 2.1, где i= 1,2,...,N, подключены к соответствующим входам i-го коммутатора формантных сигналов 2.2, i-й вход сумматора 2.3 подключен к выходу i-го коммутатора формантных сигналов 2.2, а выход сумматора 2.3 является выходом блока формирования маскирующих сигналов 2.

Формирователь формантных сигналов 2.1 предназначен для формирования формантных сигналов и состоит (см. фиг. 11) из N групп полосовых фильтров 2.1.11, 2.1.12, . . .,2.1.1N. М выходов i-й группы полосовых фильтров 2.1.1 являются соответствующими М выходами i-й группы выходов формирователя формантных сигналов 2.1. Входы всех N групп полосовых фильтров 2.1.11, 2.1.12,. . . , 2.1.1N объединены и являются входом формирователя формантных сигналов 2.1.

Каждый группа полосовых фильтров 2.1.1 состоит (см. фиг. 12.) из М полосовых фильтров 2.1.1.11, 2.1.1.12, . . . , 2.1.1.1M. Входы всех полосовых фильтров 2.1.1.11, 2.1.1.12,..., 2.1.1.1M в каждой группе полосовых фильтров 2.1.1 объединены и являются входом соответствующей группы полосовых фильтров 2.1.1. Выходы М полосовых фильтров 2.1.1.11, 2.1.1.12,...,2.1.1.1M в каждой группе полосовых фильтров 2.1.1 являются соответствующими выходами группы полосовых фильтров 2.1.1.

Полосовые фильтры 2.1.1.11, 2.1.1.12,...,2.1.1.1M служат для выделения из спектра шумового сигнала спектральных составляющих, соответствующих формантным областям гласных звуков. С этой целью центральную частоту полосового фильтра F0 выбирают равной среднестатистической формантной частоте соответствующей форманты, а полосу пропускания F, равной среднестатистической ширине полосы частот, занимаемой данной формантой. Значения среднестатистических формантных частот и среднестатистических полос частот, занимаемых формантами гласных звуков русского языка, приведены, например, в книге М. А. Сапожков. Речевой сигнал в кибернетике и связи. - М.: Связьиздат, 1963, с. 66-68. Так, например, для выделения первой форманты буквы А необходимо выбрать полосовой фильтр, центральная частота которого равна F0 = 630 Гц, а ширина полосы частот F = 57 Гц. Порядок расчета и схемы полосовых фильтров для заданных значений центральной частоты F0 и полосы пропускания F известны и описаны, например, в книге Р.Граф Электронные схемы. - М.: Мир, 1989, с. 252.

Коммутаторы формантных сигналов 2.21, 2.22,...,2.2N предназначены для выбора одного из М формантных сигналов в зависимости от управляющего воздействия. Коммутатор формантных сигналов 2.2 (см. фиг. 13.) состоит из коммутирующего 2.2.1 и управляющего 2.2.2 элементов. М сигнальных входов коммутирующего элемента 2.2.1 являются соответствующими М входами коммутатора формантных сигналов 2.2., а его выход является выходом коммутатора формантных сигналов 2.2. Управляющие входы коммутирующего 2.2.1 элемента соединены с выходами управляющего элемента 2.2.2. В случае использования трехразрядного управляющего сигнала, как показано на фиг. 13, для управления коммутирующим элементом таких входов будет три.

Коммутирующий элемент 2.2.1 предназначен для коммутации одного из М сигнальных входов, на выход коммутирующего элемента, в зависимости от управляющего воздействия.

В качестве коммутирующего элемента 2.2.1 может быть использован М-канальный мультиплексор, например ИС 564 КП2, порядок расчета и схема которого приведена, например, в книге А.Л. Ланцов, Л.Н. Зворыкин, И.Ф. Осипов. Цифровые устройства на комплиментарных МДП интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1983, с. 40-43.

Управляющий элемент 2.2.2., показанный на фиг. 14, предназначен для формирования управляющего сигнала с заданной частотой Fупр. Управляющий элемент состоит из датчика случайных чисел 2.2.2.1 и генератора сигнала запроса 2.2.2.2. Вход датчика случайных чисел 2.2.2.1 подключен к выходу генератора сигнала запроса 2.2.2.2. Выходы датчика случайных чисел 2.2.2.1 в рассматриваемом примере для трехразрядного управляющего сигнала являются выходами управляющего элемента 2.2.2. В качестве датчика случайных чисел 2.2.2.1. может быть использован генератор случайных чисел, обеспечивающий генерирование равновероятной выборки N-разрядных случайных чисел, составляющих определенное подмножество в полном наборе кодовых комбинаций. Схема такого генератора известна и описана, например, в авторском свидетельстве N 430371, СССР, 1975 г.

Генератор запроса 2.2.2.2. предназначен для формирования сигнала запроса с требуемой частотой и может быть реализован с помощью мультивибратора. Схема и порядок расчета такого мультивибратора, генерирующего импульсы с заданной частотой известна и описана, например, в книге А.Л. Ланцов, Л.Н. Зворыкин, И.Ф. Осипов. Цифровые устройства на комплиментарных МДП интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1983, с. 252.

Первый сумматор 4 предназначен для суммирования формантных сигналов. Схема сумматора известна и описана, например, в А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985, с.91.

Усилитель маскирующего сигнала 5 предназначен для обеспечения необходимой мощности маскирующего сигнала. Схема усилителя мощности известна и описана, например, в А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985, с.91.

Второй сумматор 6 предназначен для суммирования маскирующего сигнала и сигнала генератора шума. Схема сумматора известна и описана, например, в А. Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985, с. 91.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Для выделения из общего спектра шумового сигнала спектральных составляющих, соответствующих формантам гласных звуков русского языка, сигнал генератора белого или розового шума 1 подается на вход блока формирования маскирующих сигналов 2. Шумовой сигнал поступает на входы М полосовых фильтров каждой из N групп полосовых фильтров формирователя формантных сигналов 2.1. Средние частоты полосовых фильтров i-го группы полосовых фильтров соответствуют среднестатистическим частотам i-х формант М гласных русской речи, а полосы их пропускания равны среднестатистическим полосам частот, занимаемых соответствующими формантами. Таким образом, на выходах i-й группы выходов формирователя формантных сигналов, по М выходов в каждой, где i=1,2,...,N, будут сформированы М формантных сигналов, содержащих спектральные составляющие, выделенные из общего спектра шумового сигнала и соответствующие i-й форманте М гласных русского языка.

Далее выбирается по одному формантному сигналу из i-й группы формантных сигналов и смешиваются между собой в сумматоре 2.3, образуя маскирующий сигнал, автокорреляционная функция которого показана на фиг. 4. Необходимость использования формантных сигналов из каждой i-й группы формантных сигналов объясняется тем, что при этом структура кратковременной автокорреляционной функции маскирующего сигнала будет более полно учитывать формантную структуру маскируемого вокализованного участка речевого сигнала.

Далее для обеспечения надежного маскирования маскирующий сигнал усиливается в усилителе маскирующего сигнала 5.

На заключительном этапе с целью обеспечения маскирования невокализованных или фрикативных звуков, имеющих шумоподобную структуру, сформированный маскирующий сигнал смешивается с шумовым сигналом в выходном сумматоре 4. На выходе выходного сумматора 4 формируется маскирующая помеха, имеющая кратковременную автокорреляционную функцию, показанную на фиг. 6.

В целях затруднения компенсации кратковременных автокорреляционных функций маскирующего сигнала, а следовательно, и маскирующей помехи, каждый интервал времени, t для формирования маскирующего сигнала будут использоваться N формантных сигналов, выбранных из М формантных сигналов каждой группы формантных сигналов по случайному закону. Интервал времени t выбран исходя из среднестатистического времени произнесения гласной и обеспечивается установкой частоты следования сигналов генератора сигналов запроса, частота которого равна частоте управляющего сигнала, т.е. Fупр= 1/t.

Случайный выбор формантного сигнала осуществляется следующим образом.

С выходов i-го генератора сигнала запроса сигнал запроса поступает на входы i-го датчика случайных чисел, который генерирует случайные числа в диапазоне значений от единицы до М. Сгенерированное случайное число с выходов i-го управляющего элемента поступает на управляющие входы i-го коммутирующего элемента. В соответствии с пришедшим числом, коммутирующий элемент осуществляет коммутацию одного из М сигнальных входов коммутирующего элемента на выход i-го коммутатора формантных сигналов.

В результате на выходе устройства будет формироваться помеха, полученная путем смешивания шумового сигнала с маскирующим. Кратковременная автокорреляционная функция последнего будет дополнительно маскировать кратковременную автокорреляционную функцию вокализованного участка речи при затухании кратковременной автокорреляционной функции шумового сигнала, при этом кратковременные автокорреляционные функции маскирующей помехи в различные моменты времени будут различны. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ формирования маскирующей помехи, заключающийся в том, что генерируют шумовой и маскирующий сигналы и их смешивают, отличающийся тем, что для формирования маскирующего сигнала из шумового сигнала выделяют формантные сигналы, частотные спектры которых соответствуют частотным спектрам N формант каждого гласного звука речи, где N >= 2, затем по одному формантному сигналу из каждой i-й группы формантных сигналов, где i = 1,2...N, смешивают между собой, после чего смешанный сигнал усиливают, причем смешиваемые формантные сигналы выбирают по случайному закону через установленные интервалы времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формантные сигналы гласных звуков выбирают для русской речи.

3. Устройство формирования маскирующей помехи, содержащее генератор шума и блок формирования маскирующих сигналов, вход которого подключен к выходу генератора шума, отличающееся тем, что дополнительно введены выходной сумматор и усилитель маскирующего сигнала, вход которого подключен к выходу блока формирования маскирующих сигналов, а выход подключен ко второму входу выходного сумматора, первый вход которого подключен к выходу генератора шума, а выход является выходом устройства, причем блок формирования маскирующих сигналов состоит из формирователя формантных сигналов, N коммутаторов формантных сигналов, где N >= 2, и сумматора, вход формирователя формантных сигналов является входом блока формирования маскирующих сигналов, М-выходов, где М >= 2, i-ой группы выходов формирователя формантных сигналов, где i = 1,2. . . N, подключены к соответствующим входам i-го коммутатора формантных сигналов, i-ый вход сумматора подключен к выходу i-го коммутатора формантных сигналов, а выход сумматора является выходом блока формирования маскирующих сигналов.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что формирователь формантных сигналов содержит N групп полосовых фильтров, каждая из которых состоит из М полосовых фильтров, М выходов i-ой группы полосовых фильтров являются соответствующими М выходами i-ой группы выходов формирователя формантных сигналов, а входы всех групп полосовых фильтров объединены и являются входом формирователя формантных сигналов.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru