Основы криптографии Учебное пособие - Алферов А.П.
ISBN 5-85438-025-0
Скачать (прямая ссылка):
Гласные звуки производятся в течение длительного времени. Как правило, требуется около 100 мс для достижения его пиковой амплитуды. Взрывные звуки производятся путем “перекрытия” воздушного потока с последующим его выпусканием с взрывным эффектом. Блокирование воздушного потока может осуществляться различными способами — языком, нёбом или губами. Например, звук “п” произносится при блокировании воздушного потока губами. Взрывные звуки
289
І лава 10
характеризуются их высокочастотными составляющими. До 90% их пиков амплитуды имеют длительность, не превышающую 5 мсек. Фрикативные звуки производятся частичным перекрытием воздушного потока, что дает звук, похожий на “белый шум”. Этот звук затем фильтруется резонаторами голосового тракта. Фрикативный звук обычно богат пиками амплитуды длительностью 20+50 мс и сконцентрирован по частоте от I до 3 кГц. Пример фрикатива — звук “ссс..
Другой важной характеристикой человеческой речи является частота основного тона. Это — частота вибраций голосовых связок. Среднее значение этой частоты колеблется у разных людей, и у каждого говорящего имеется отклонение в пределах октавы выше или ниже этой центральной частоты. Обычно у мужчины частота основного тона колеблется около 1300 Гц, у женщины она выше.
Речевые сигналы не только передают информацию, но и дают сведения о голосовых характеристиках говорящего, что позволяет идентифицировать его по голосу. Можно использовать высоту, форманты, временную диаграмму и другие характеристики речевого сигнала, чтобы попытаться сформировать сигнал, схожий с оригиналом. Это воспроизведение может быть в некоторой степени неестественным и некоторые индивидуальные характеристики говорящего будут утеряны. Такие принципы репродукции лежат в основе вокодера, о котором будет сказано далее.
§ 10.2. Скремблирование
Рассмотрим сначала первый способ шифрования речевых сигналов в их аналоговой форме. При оценке стойкости шифрования речевых сигналов в аналоговой форме необходимо, в первую очередь, учитывать возможности человеческого восприятия при прослушивании результирующего сигнала и попытке восстановить какую-либо информацию. Это восприятие очень субъективно: одни люди воспринимают на слух
290
Шифрование в телефонии
значительно лучше других. Например, хорошо известно, что родители понимают “речь” своих детей задолго до того, как ее начинают понимать другие люди. В связи с этим говорят о так называемой остаточной разборчивости сигнала.
Оценивая надежность шифрования целесообразно несколько раз подряд прослушать скремблированные телефонные сообщения. Дело в том, что человеческий мозг способен адаптироваться к “добыванию” информации и быстро анализировать услышанное. Часто бывает так, что после второго или третьего прослушивания человек начинает распознавать отдельные слова или слоги. Возможно, что смесь различных фрагментов приведет к пониманию смысла сообщения. Имеются даже эксперты для восприятия скремблированных сообщений.
Простейшей формой рассматриваемых преобразований являются преобразования сигнала в частотной области: инверсии, циклические инверсии и частотные перестановки.
§ 10.3. Частотные преобразования сигнала
Простейшим является преобразование инверсии спектра. Оно осуществляется следующим образом. Рассмотрим, например, сигнал, расположенный в диапазоне 30(Ь-3000 Гц (см. рис. 43).
291
І лава 10
Попытаемся преобразовать сигнал таким образом, чтобы поменялись местами высокие и низкие частоты. Для этого рассмотрим отдельные гармоники нашего сигнала. Если Vm - cos(a>mt) — одна из гармоник, подаваемая вместе с сигналом Vc - cos(coct) на вход устройства, называемого смесителем, то его выходом будет сигнал Vc -Vm -cos(coct)-cos(6)mt) .
Согласно известному равенству
cos А • cos В = ~ cos (А + В) + —¦ cos(/i - В),
выход смесителя выражается в виде
IVcVm cos(O)c +com)t + ^VcVm COS(O)t -OiJt.
Величины Vc и сот можно выбирать. Положив Vc =I и COcXOm, мы получим следующий амплитудно-угловой спектр выхода смесителя (см. рис. 44).
292
Шифрование в телефонии
При рассмотрении каждой гармоники сигнала и соответствующего выхода смесителя получим следующий график(см. рис. 45).
А
Между несущей частотой fc находятся два диапазона, называемые верхним и нижним диапазонами соответственно. Верхний диапазон аналогичен исходному сигналу, лишь перемещенному вверх (каждая частотная компонента увеличивается на fc). Нижний диапазон является зеркальным отражением исходного сигнала. Теперь, выбирая подходящую несущую частоту и используя смеситель для перемещения верхнего диапазона, мы можем получить инвертированный речевой сигнал (см. рис. 46).
----------------------1—-------------------->
О /с-3000 /с-300 /с /с+300 /6+3000 /
Рис. 45
Л
О /6 -3000 ft -300 f
Рис. 46
293
І лава 10
Выбором несущей частоты для различных сигналов каждый из них может быть перенесен в другой частотный диапазон. Это дает возможность передавать несколько телефонных сигналов по одному каналу.
