Аналіз методів перетворення аналогового мовного сигнала в цифрову

СОДЕРЖАНИЕ:

Неизвестный M.M.. Аналіз методів перетворення аналогового мовного сигнала в цифрову форму для захисту інформації в автоматизованих системах управління, 2001

Научная новизна работы заключается в том, что в ней:

Проведений аналіз різноманітних методів стиснення мовного сигналу, з метою подальшої передачі по цифровим каналам зв’язку. Аналіз показав, що для передачі мовного сигналу по цифровим каналам зв’язку найбільш доцільно використовувати методи кодування форми мовного сигналу.
Аналіз методів кодування форми сигналів дозволив виділити для подальшого дослідження основні методи кодування форми МС. Визначені основні покажчики ефективності цих методів.
Проведена системна оцінка ефективності застосування кожного з основних методів кодування форми сигналу. При проведенні системної оцінки використовувались крайні оцінки важливості основних покажчиків ефективності. Аналіз показав, що для стиснення мови з метою її подальшої передачі по цифровим каналам зв’язку, найбільш доцільно використання методів ПСК та АКТ із швидкістю роботи 16 кбіт/с.
Проведено дослідження методів захисту МС. Було встановлено, що найбільш ефективно для захисту використовувати квазідискретні методи.
Розроблена методика автоматизованого вимірювання ступеню руйнування МС, яку забезпечують системи захисту МС.
На основі системного аналізу визначен метод, застосування якого найбільш доцільно і розроблен кодер, який при високій якості передачі МС забезпечує відносно невелику швидкість його передачі та захист.
Дані оцінки затримки, яку забезпечує кодер, швидкості передачі МС та ступеню руйнування МС, а також рекомендації до його практичної реалізації.
Розроблені програми системної оцінки ефективності різних систем, автоматизованого вимірювання нерозбірливості та імітації роботи розробленого кодеру

РОЗДІЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОВНОГО СИГНАЛУ

Для того, що б проводити перетворення будь-яких сигналів (в тому числі і мовного) для досягнення конкретно поставлених цілей (наприклад, для перетворення з аналогової форми в цифрову, стиснення), необхідний обширний аналіз характеристик цих сигналів, що сприяє отриманню більш повної картини про об'єкт дослідження, яка використовується при розробці методів перетворення, що дають можливість оптимально перетворити сигнал і відновити його без втрати його основних властивостей.

1.1. Загальні характеристики і принципи функціонування голосового апарату людини

1.2. Спектр мови

1.3. Поняття форманти

1.4. Енергетичні характеристики мовного сигналу

1.5. Часові характеристики мови

РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПЕРЕТВОРЕНЯ МОВНОГО СИГНАЛУ В ЦИФРОВУ ФОРМУ

У попередньому розділі були розглянуті основні характеристики мовного сигналу. Даний розділ присвячений огляду і аналізу основних методів представлення і обробки мовних сигналів в цифровій формі, що необхідно для вибору оптимального методу перетворення мовного сигналу з метою його подальшої передачі по цифрових каналах зв'язку.

2.1. Перетворення мовного сигналу методом імпульсно-кодової модуляції

2.2. Методи низькошвидкісного кодування при цифрової передачі мови

2.2.1. Аналіз кодерів “джерела”

2.2.2. Аналіз кодерів форми сигналу

2.2.2.1. Диференціальна імпульсно-кодова модуляція (ДІКМ)

2.2.2.2. Адаптивна диференціальна імпульсно-кодова модуляція (АДІКМ)

2.2.2.3. Низькошвидкісна передача мови методами адаптивної дельта модуляції

2.2.2.4. Системи кодування з адаптивним прогнозуванням (АПК)

2.2.2.5. Підсмугове кодування мовних сигналів (ПСК)

2.2.2.6. Адаптивне кодування з перетворенням (АКТ)

РОЗДІЛ 3. СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ МЕТОДІВ НИЗЬКОШВИДКІСНОГО КОДУВАННЯ МОВИ

Розглянувши основні методи низькошвидкісного кодування, ми підійшли до проблеми розподілу методів по областях застосування. Областями застосування можуть бути радіомережі, широкосмуговий цифрові інтегровані мережі, локальні мережі, телеконференцзв’язок і т.д.

Кожна область застосування пред'являє до систем низькошвидкісного кодування певні вимоги, які можуть виражатися як у вимогах до швидкості передачі, так і у вимогах до якості передачі, складності систем, їх вартості і т.д.

Не вдаючись в глибокий аналіз методів можна зробити первинний висновок про те, що в радіомережах, де діє жорсткий закон тісноти в ефірі і розширення пропускної спроможності радіоканалів неможливо, необхідно використати методи, що дають дуже низьку швидкість передачі, навіть якщо при цьому відновлений мовний сигнал має синтетичну якість при якої не забезпечується пізнаваємісті голосу, хоч для військового зв'язку це не завжди прийнятне. Даними характеристиками володіють вокодерні методи, які до того, що вони не забезпечують пізнаваємісті голосу, володіють ще і високою складністю апаратної реалізації навіть з урахуванням рівня сучасних технологій.

Тому постараємося дати порівняльну характеристику методам кодування форми сигналу, оскільки вони здатні забезпечити достатню якість мовного сигналу, що приймається, включаючи і пізнаваємість, на відносно невисоких швидкостях передачі.

3.1. Обгрунтування вибору характеристик низькошвидкісних кодерів мовного сигналу

3.2. Системний аналіз методів низькошвидкісного кодування форми сигналу мови

3.2.1. Постановка завдання на дослідження

3.2.2. Результати дослідження

РОЗДІЛ 4. ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ЗАХИСТУ МОВНОГО СИГНАЛУ

4.1. Перемішування мовного сигналу у частотної області

4.2. Перемішування мовного сигналу у часової області

4.3. Захист мовних повідомлень за допомогою квазідискретних методів

РОЗДІЛ 5. РОЗРОБКА МЕТОДУ АВТОМАТИЗОВАНОГО ВИМІРЮВАННЯ НЕРОЗБІРЛИВОСТІ ЗРУЙНОВАНОГО МОВНОГО СИГНАЛУ

Окрім криптостійкісті методу дуже важливою характеристикою є ступінь зруйнованості (нерозбірливості), яку забезпечує тій чи інший метод прикриття мовних повідомлень. Нерозбірливість визначається, як різниця одиниці та розбірливості. Зараз не існує аналітичних методів, які дозволяють об’єктивно судити про нерозбірливість. Ступінь зруйнованості мовного сигналу оцінювається шляхом проведення суб’єктивних випробувань, методика проведення яких описана в розділі 3. В даному розділі проводиться спроба об’єктивізації процесу вимірювання нерозбірливості, що дає змогу не застосовувати суб’єктивні вимірювання.

5.1. Вибір показника нерозбірливості зруйнованого мовного сигналу

5.2. Експериментальна перевірка адекватності відображення ступеню зруйнованості мовного сигналу вибраним показником

5.2.1. Постановка задачі

Вхідні дані

5.2.3. Метод вирішення

5.2.3.1. Методика отримання МС із різними ступенями зруйнованості

5.2.3.2. Методика отримання нерозбірливості МС із різними ступенями зруйнованості

5.2.3.3. Методика отримання коефіцієнту нерозбірливості

Отримані результати

5.3. Розробка алгоритму автоматизованого вимірювання нерозбірливості зруйнованого мовного сигналу

РОЗДІЛ 6. РОЗРОБКА НИЗЬКОШВИДКІСНОГО КОДЕРУ МОВНОГО СИГНАЛУ ДЛЯ ЗАХИСТУ МОВНИХ ПОВІДОМЛЕНЬ

Внаслідок проведення системного аналізу ефективності різних методів кодування форми мовного сигналу, був зроблений висновок про те, що в області використання, для якої важливі такі характеристики кодеру, як швидкість передачі, котра повинна бути як можна мала і якість сигналу, що відновлюється (а саме таким вимогам повинен відповідати кодер, який використовується у військовому зв’язку), найбільш ефективно використати метод підсмугового кодування.

У [18] говориться про те, що даний метод володіє суттєвим недоліком: блоки фільтрів, що використовуються в підсмугових кодерах створюють додаткову затримку сигналу, що для систем військового призначення грає дуже суттєву роль, оскільки стислий мовний сигнал надалі повинен зазнавати ще і обробку системою прикриття або засекречування, що також створює додаткові затримки сигналу. Виникає необхідність як можна більше зменшувати затримку сигналу, що утворюється кодером.

Для усунення відміченого недоліку у [18] пропонується проводити розщеплення частотної смуги на основі перетворення.

6.1. Функціональна схема та принципи функціонування кодеру, який розробляється

6.2. Оцінка швидкості передачі мовного сигналу, яку забезпечує кодер

6.3. Оцінка ступеню зруйнованості мовного сигналу, яку забезпечує кодер

6.4. Оцінка затримки мовного сигналу, яку забезпечує кодер

ЗАКЛЮЧЕННЯ

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

Додаток 1. Програма обчислення узагальнених коефіціентів ефективністі використовування систем

Додаток 2. Програма перемішування часових елементів МС

Додаток 3. Опис роботи з програмою перемішування часових елементів та з пакетом програм для визначення коефіцієнту нерозбірливості

Додаток4. Приклад індивідуальної картки аудитора для визначення нерозбірливості

Додаток 5. Пакет програм для визначення коефіцієнту нерозбірливості

Додаток 6. Програми імітації роботи розробленого низькошвидкісного кодеру мовного сигналу

Передача данных: