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発明の名称 音声スクランブル装置および音声デスクランブル装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−111497
公開日 平成7年(1995)4月25日
出願番号 特願平5−254183
出願日 平成5年(1993)10月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 茨木 晋 / 勝田 昇 / 中村 誠司 / 村上 弘規
要約 目的
複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータは振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号を処理の対象とし、簡単な構成でスクランブルし、スクランブル後の音声が聴く人に不快感を与えないような音声スクランブル装置を構成することを目的とする。

構成
検出装置11は音声装置の量子化データの位置を検出し、スクランブル処理装置12は、その検出された量子化データにのみスクランブルを行う。これにより振幅情報はスクランブルによって変化しないので、スクランブルによる音声の振幅の変化は小さく、従って音量の変化は少ない。
特許請求の範囲
【請求項1】複数のサブバンドデータを有し、個々の前記サブバンドデータは振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号を処理の対象とし、前記デジタル音声信号を入力し、全てもしくは一部の前記サブバンドデータの前記量子化データに対してスクランブル処理を行い、前記振幅情報に対してはスクランブル処理を行わないスクランブル処理装置から構成されることを特徴とする音声スクランブル装置。
【請求項2】ヘッダー情報および複数のサブバンドデータを有し、個々の前記サブバンドデータはビット割当情報、振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で前記ビット割当情報に示されるビット数で量子化された量子化データを有する音声ビットストリームを処理の対象とし、前記音声ビットストリームを入力し、前記デジタル音声信号の前記ヘッダー情報および前記ビット割当情報から、全てもしくは一部のサブバンドデータの前記量子化データの位置を検出し、検出した前記位置を量子化データ位置情報として出力する検出装置と、前記音声ビットストリームおよび前記検出装置より出力される前記量子化データ位置情報を入力し、前記量子化データ位置情報により示される前記量子化データに対してスクランブル処理するスクランブル処理装置から構成されることを特徴とする請求項1記載の音声スクランブル装置。
【請求項3】MPEG1標準のレイヤーIもしくはレイヤーIIの音声ビットストリームを処理の対象とする請求項2記載の音声スクランブル装置。
【請求項4】スクランブル処理装置が、制御信号および音声信号を入力し、制御情報によって指示されるサブバンドデータに対応する量子化データに対してスクランブル処理することを特徴とする請求項1記載の音声スクランブル装置。
【請求項5】検出装置が、制御信号および音声ビットストリームを入力し、前記音声ビットストリームのヘッダー情報およびビット割当情報から量子化データの位置を検出する際に、前記制御信号によって指示されるサブバンドデータに対応する前記量子化データの位置を検出し、検出された前記位置を量子化データ位置情報として出力することを特徴とする請求項2記載の音声スクランブル装置。
【請求項6】MPEG1標準のレイヤーIもしくはレイヤーIIの音声ビットストリームを処理の対象とする請求項5記載の音声スクランブル装置。
【請求項7】請求項1または請求項4記載の音声スクランブル装置でスクランブルされたデジタル音声信号を処理の対象とし、前記音声スクランブル装置でスクランブルされた位置の量子化データのみに、前記音声スクランブル装置におけるスクランブルの逆変換となるデスクランブルを行うデスクランブル処理装置から構成されることを特徴とする音声デスクランブル装置。
【請求項8】請求項2、請求項3、請求項5もしくは請求項6記載の音声スクランブル装置でスクランブルされた音声ビットストリームを処理の対象とし、前記音声スクランブル装置の検出装置と同様の動作を行う検出装置と、前記音声ビットストリームおよび前記検出装置より出力される量子化データ位置情報を入力し、前記量子化データ位置情報により示される量子化データにのみデスクランブルを行うデスクランブル処理装置から構成され、前記音声デスクランブル処理装置は前記音声スクランブル装置のスクランブル処理装置におけるスクランブルの逆変換となるデスクランブルを行うことを特徴とする音声デスクランブル装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータは振幅情報および振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号を処理の対象とした音声スクランブル装置に関するものであり、通信内容を秘匿し、スクランブル後の音声信号が聴く人に極度な不快感を与えないような音声スクランブル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、従来の音声スクランブル方式について説明する。従来のデジタル音声信号に対する音声スクランブル方式としては、例えば特開昭63−31323号公報に示されている。従来の音声スクランブル方式を図を用いて以下に説明する。
【0003】図6は従来の音声スクランブル方式を実現する音声スクランブル装置の構成図である。図6において、61は排他的論理和装置、62はスイッチである。以上のように構成された従来例の音声スクランブル装置の動作を以下に説明する。
【0004】まず、図6に示した従来の音声スクランブル方式が処理の対象とする音声信号は、複数の音声サンプルとその最大値を示すレンジビットを持つフレームで構成される音声信号である。このような音声信号の例には、衛星放送のAモードの音声信号があり、このような形式の音声信号については、昭和58年5月号の放送技術(衛星放送のテレビデジタル音声のしくみ)のp.100〜p.105に詳しく示されている。このような音声信号を入力し、排他的論理和装置61において音声信号とスイッチ62の出力を排他的論理和し、その結果をスクランブル出力する。このスイッチ62では、乱数および制御信号を入力し、制御信号の制御により乱数もしくは0データを出力する。
【0005】このとき、スイッチ62における制御信号による制御とは、レンジビットの大きさに応じて乱数の大きさが可変になるように制御することである。すなわち、レンジビットが大きいときには大きいレベルの乱数を用いて処理を行い、レンジビットが小さいときには小さいレベルの乱数を用いて処理を行い、レンジビットが非常に小さいときにはスクランブルを行わないように処理を制御する。これにより、聴く人に極度の不快感を与えないスクランブル音声を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記した従来の音声スクランブル方式は、対象とするデータが衛星放送の音声信号フォーマットの音声信号であり、複数のサブバンドデータを有し、個々の前記サブバンドデータは振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号には適用できないという課題があった。
【0007】また、従来の音声スクランブル方式では、全体の音声の音量が異常に大きくなることはないが、異常な周波数成分が生じ、それが聴く人に不快感を与える可能性があった。
【0008】本発明はかかる点に鑑み、複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータは振幅情報および振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号を、簡単な構成でスクランブルし、スクランブル後の音声が聴く人に不快感を与えないような音声スクランブル装置および音声デスクランブル装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータは振幅情報および振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号を処理の対象とし、このデジタル音声信号を入力し、全てもしくは一部のサブバンドデータの量子化データに対してスクランブル処理を行い、前記振幅情報に対してはスクランブル処理を行わないスクランブル処理装置から構成される音声スクランブル装置である。
【0010】第2の発明は、本発明の第1の発明の音声スクランブル装置でスクランブルされたデジタル音声信号を処理の対象とし、スクランブルされた位置の量子化データに対して、前記音声スクランブル装置におけるスクランブル処理の逆変換となるデスクランブル処理を行うデスクランブル処理装置から構成される音声デスクランブル装置である。
【0011】
【作用】第1の発明は前記した構成により、各サブバンドデータの量子化データに対してのみスクランブル処理を行い、振幅情報に対してはスクランブル処理を行わない。この結果、各サブバンドデータにおいて、量子化データは乱数化されるので音声の内容は秘匿されるが、最大振幅は保存されるので、各サブバンドデータの音量が異常に大きくなることはない。したがって、異常な周波数成分が生じず、さらに全体としてみても異常に大きい振幅にはならない。以上のように、聴く人に不快感を与えない音声スクランブル装置を簡単に実現できる。
【0012】また、第2の発明は前記した構成によって、スクランブルされた量子化データに対して、その逆変換となるデスクランブル処理を行うことにより、第1の発明の音声スクランブル装置によりスクランブルされた音声信号を元に戻す。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明の音声スクランブル装置において処理の対象となるデータに関する説明を示す。
【0014】本発明の音声スクランブル装置において処理の対象とするデータは、複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータは振幅情報および振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号である。このようなデジタル音声信号の例は、電子情報通信学会の信学技報EA92−27「MPEG1対応オーディオ符号化方式の概要」に示されており、MPEG1標準音声のレイヤーIおよびレイヤーIIの音声ビットストリームがこれに相当する。このようなデジタル音声信号を作るMPEG1の音声符号化の手順を以下に簡単に示す。
【0015】まず、A/D変換され、ディジタル化された後の複数個の音声サンプルからなるフレームデータを、周波数変換を行い複数のサブバンドに分割する。次に、各サブバンドにおける最大振幅を決定し、各サブバンドの音声サンプルデータをその最大振幅で正規化する。次に、正規化後の各サブバンドのデータを量子化し、量子化データとする。この時、量子化するときの量子化ビット数は、音声サンプルの特性によって各サブバンドごとに決定され、その値により量子化を行っている。最後に、各サブバンドの量子化ビット数を示すビット割当情報と、各サブバンドの最大振幅を示す振幅情報と各サブバンドの量子化データを合成して音声信号とする。さらに、音声信号には符号化の方法などを示したヘッダー情報も含まれる。
【0016】実際のMPEG1標準音声のレイヤーIの音声符号化では、384サンプル(サンプル周波数44.1KHzで、8msec分)のデータを1フレームとして、各フレームを32のサブバンドに分割する。したがって、各サブバンドは12個のサンプルから構成される。その後に前記したような、ビット割当、正規化、量子化の処理を行い、ビットストリームが生成される。
【0017】このようにして作られたMPEG1標準音声のレイヤーIのビットストリームフォーマットを(表1)に示す。
【0018】
【表1】

【0019】(表1)において、headerがヘッダー情報、allocation[sb]がビット割当情報、scalefactor[sb]が振幅情報、sample[sb,s]が量子化データに相当する。ここで、sbはサブバンドインデックスで、各サブバンドに対して番号を付し、各データがどのサブバンドに対応したデータかを示すために用いられる。また、sはサンプルインデックスで、各サンプルに対して番号を付しており、各データがどのサンプルに対応したデータかを示すために用いられる。また、32maxは、ビット割当情報(allocation[sb])が0の時は、伝送しないことを意味している。また、前記の処理には述べていないが、error_checkは誤りを検査するための情報、ancillary_dataは補助データである。
【0020】また、MPEG1標準音声のレイヤーIIの音声符号化では、レイヤーIの音声符号化よりも符号化効率を上げるために異なる処理を行っており、異なるフォーマットのビットストリームを生成する。しかし、ビットストリームが、圧縮の方法を示したヘッダー情報および複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータはビット割当情報、振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で前記ビット割当情報に示されるビット数で量子化された量子化データを有するという点では、レイヤーIのビットストリームと同様である。
【0021】なお、以下の実施例の説明においては、図3に示すような、より簡単にモデル化した音声信号の例を用いる。図3は1フレームが3つのサブバンドデータから構成され、各サブバンドデータの量子化データは3つのサンプルから構成されるような音声信号の1フレームを示しており、31はヘッダー情報、32はビット割当情報、33は振幅情報、34は量子化データを示している。ここで、ビット割当情報32、振幅情報33、量子化データ34に付けられている1、もしくは2、もしくは3の数字は、それぞれのデータが含まれるサブバンドデータの番号を示している。
【0022】以下に、本発明の各実施例について説明する。図1は、本発明の第1の実施例における音声スクランブル装置の構成図である。図1において、11は検出装置、12はスクランブル処理装置である。以下に、その動作を説明する。
【0023】第1の実施例の音声スクランブル装置は、図3に示した音声信号を処理の対象とする。このような音声信号が入力されると、まず、検出装置11は、音声信号を入力し、音声信号のヘッダー情報31およびビット割当情報32により量子化データ34の位置を検出し、検出した量子化データ34の位置を示すデータを量子化データ位置情報として出力する。
【0024】次に、スクランブル処理装置12は、音声信号とスクランブル関連情報、および検出装置11より出力される量子化データ位置情報を入力し、音声信号の中で量子化データ位置情報によって示される量子化データ34に対して、スクランブル関連情報を元にスクランブル処理を行う。
【0025】以上のように第1の実施例によれば、検出装置11によって量子化データ34の位置を正確に検出することが可能であり、検出された量子化データ34のみがスクランブルされ、振幅情報33はスクランブルにより変化しない。この結果、各サブバンドの量子化データ34は乱数化されるが、その復号したときの最大振幅33は保存されるので、各サブバンドのデータが異常に大きくなることはなく、異常な周波数成分が生じない。さらに、全体としてみても異常に大きい振幅になることはない。以上のように、聴く人に極度の不快感を与えない音声スクランブルを実現できる。
【0026】図2は、本発明の第2の実施例における音声デスクランブル装置の構成図である。図2において、21は検出装置、22はデスクランブル処理装置である。以下に、その動作を説明する。
【0027】第2の実施例の音声デスクランブル装置は、図1の実施例のスクランブル装置によりスクランブル処理が行われた後の音声信号を処理の対象とする。ここで、処理の対象となるこの音声信号は、図3に示した音声信号と同じ形式である。まず、検出装置21は、処理の対象となる音声信号に対して用いられた第1の実施例における音声スクランブル装置の検出装置11と、全く同様の動作を行うのでここでは特に記述しない。
【0028】次に、デスクランブル処理装置22は、音声信号とスクランブル関連情報、および検出装置21より出力される量子化データ位置情報を入力し、音声信号の中で量子化データ位置情報によって示される量子化データに対して、スクランブル関連情報を元にデスクランブル処理を行う。この時、デスクランブル処理装置22に入力されるスクランブル関連情報は、対象となる音声信号がスクランブル処理された、第1の実施例の音声スクランブル装置のスクランブル処理装置12で用いられたスクランブル関連情報と同じものであり、デスクランブル処理装置22におけるデスクランブル処理は、スクランブル処理装置12におけるスクランブル処理の逆変換である。
【0029】以上のように第2の実施例によれば、第1の実施例の音声スクランブル装置の検出装置11と同じ構成の検出装置21によって、量子化データ位置情報を生成し、量子化データ位置情報によって示される量子化データに対して、その逆変換となるデスクランブル処理を行う。これにより、第1の実施例の音声スクランブル装置においてスクランブル処理された量子化データのみがスクランブル処理される前の値に戻るので、第1の実施例の音声スクランブル装置によりスクランブル処理された音声信号を元に戻すことが可能である音声デスクランブル装置が実現可能である。
【0030】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例の音声デスクランブル装置においては、図3に示したようなモデル化した音声信号を処理の対象とした例を示したが、さらに具体的な例である(表1)に示したMPEG1標準音声のレイヤーIもしくはレイヤーIIのビットストリームを処理の対象としても良く、同様の構成により、同様の効果が得られる。
【0031】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例の音声デスクランブル装置においては、図3に示したような音声信号を処理の対象としているが、圧縮の方法を示したヘッダー情報および複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータはビット割当情報、振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で前記ビット割当情報に示されるビット数で量子化された量子化データを有する任意の音声信号を処理の対象としても良く、同様の構成により、同様の効果が得られる。
【0032】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例の音声デスクランブル装置においては、図3に示したような音声信号を処理の対象としているが、ヘッダー情報31が無く、符号化方式が固定であるような音声信号を処理の対象としても良く、検出装置11および検出装置21をビット割当情報32から量子化データ34の位置を検出するような構成にする事により、同様の効果が得られる。
【0033】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例の音声デスクランブル装置においては、図3に示したような音声信号を処理の対象としているが、ヘッダー情報31およびビット割当情報32が無く、ビットストリーム中の量子化データ34の位置が固定であるような音声信号を処理の対象としても良く、スクランブル処理装置12およびデスクランブル処理装置22が量子化データ位置情報を用いずに、固定の位置の量子化データ34に対してスクランブル処理およびデスクランブル処理を行うような構成にすることにより、検出装置11および検出装置21が必要なくなり、さらに同様の効果が得られる。
【0034】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例の音声デスクランブル装置において、検出装置11および検出装置21は、全ての量子化データ34を検出する構成となっているが、特定のサブバンドデータの量子化データ34を検出する構成としても良い。その中で、特に高い周波数帯以外のサブバンドデータの量子化データ34のみを検出する構成にすれば、スクランブル処理装置12において音声の特徴の大部分を支配する中間の周波数がスクランブル処理によって乱数化されるので、秘匿度が大きく損なわれることなく、高い周波数帯に全く雑音が生じないのでスクランブル音声が聴く人に与える不快感をさらに減らせるようなスクランブル装置を構成でき、そのスクランブル装置でスクランブルされた音声を正しく復元できるデスクランブル装置を構成できるという効果が生じる。
【0035】なお、第1の実施例における音声スクランブル装置のスクランブル処理装置12のスクランブル処理の方法および、その逆変換となる第2の実施例の音声デスクランブル装置のデスクランブル処理装置22のデスクランブル処理の方法については特に示していないが、スクランブル関連情報を鍵データとするブロック暗号化方式や、スクランブル関連情報を乱数の種として乱数発生器が発生した乱数を排他的論理和する方法など、任意のスクランブル処理によりスクランブルし、そのスクランブル処理の逆変換であるデスクランブル処理によりデスクランブルすれば良く、どの方法によっても同様の効果が得られる。
【0036】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例のデスクランブル装置において、検出装置11および検出装置21は全ての量子化データを検出する構成となっているが、スクランブル処理を行うサブバンドデータを示す制御情報を入力して、この制御情報により指示されるサブバンドデータの量子化データのみを検出する構成にしても良い。
【0037】このような音声スクランブル装置の構成図を図4に、音声デスクランブル装置の構成図を図5に示す。これによれば、秘匿度とスクランブル音声が聴く人に与える不快感を制御情報によって調整できるような音声スクランブル装置を構成でき、その音声スクランブル装置によりスクランブルされた音声を正しく復号できる音声デスクランブル装置を構成できるという効果が生じる。
【0038】なお、第1の実施例の音声スクランブル装置および第2の実施例の音声デスクランブル装置において、検出装置11および検出装置21を用いて量子化データの位置を決定するような構成としているが、対象となる音声信号の符号化および復号化のために用いられる装置を利用して、量子化データの位置を決定するような構成とすれば、さらに装置が共有化できるという効果が得られる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明によれば、複数のサブバンドデータを有し、個々のサブバンドデータは振幅情報および前記振幅情報で正規化された後で量子化された量子化データを有するデジタル音声信号を処理の対象とし、簡単な構成でスクランブルを行い、スクランブル後の音声が聴く人に不快感を与えないような音声スクランブル装置を構成すること可能であり、その実用的効果は大きい。
【0040】また、第2の発明によれば、第1の発明による音声スクランブル装置でスクランブルが行われた後の音声信号を正しく復号できる音声デスクランブル装置を構成することが可能である。




 

 


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