close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15204

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 10L 15/00 (2006.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ
РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
(21) Номер заявки: a 20100004
(22) 2010.01.04
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Полоцкий государственный университет" (BY)
(72) Авторы: Железняк Владимир Кириллович; Раханов Константин Яковлевич (BY)
BY 15204 C1 2011.12.30
BY (11) 15204
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Полоцкий государственный
университет" (BY)
(56) RU 2277728 C1, 2006.
RU 2278424 C1, 2006.
RU 2284585 C1, 2006.
RU 2373584 C2, 2009.
SU 1573553 A1, 1990.
SU 1499526 A1, 1989.
WO 2007/078991 A2.
(57)
Способ определения максимальной разборчивости речи, при котором размещают источник акустического испытательного сигнала в точке размещения источника речевого
сигнала, приемник акустического сигнала - в точке приема речевого сигнала, причем в
точке приема дополнительно размещают К приемников других К видов сигналов, образуемых в точке приема испытательным сигналом, например электрического и/или магнитного, и/или виброакустического; последовательно излучают N частотный испытательный
сигнал заданного уровня в каждой из N полос разделения спектра речевого сигнала с паузами между излучениями на каждой полосе, измеряют по отдельности уровни принятых
акустического и упомянутых К видов сигналов, принятые сигналы преобразуют в электрические сигналы, которые усиливают, согласованно фильтруют N полосными фильтрами для разделения на частоты, соответствующие частотам испытательного сигнала,
выделенные фильтрами сигналы запоминают оперативной памятью, по результату измерений уровня определяют отношение сигнал/шум по каждому акустическому и упомянутым К видам принятых сигналов, выбирают на каждой частоте испытательного сигнала
наибольшее из отношений сигнал/шум, измеренных по акустическому и упомянутым К
видам принятых сигналов, и по усредненной величине отношений сигнал/шум находят
уровень максимальной разборчивости речи, отличающийся тем, что в качестве испытательного сигнала используют линейно-частотно-модулированный ЛЧМ-сигнал, который
последовательно излучают в пределах границ N полос разделения спектра речевого сигнала p-кратно в каждой полосе, а время изменения частоты испытательного ЛЧМ-сигнала
устанавливают меньшим времени реверберации контрольного сигнала, причем в точке
Фиг. 1
BY 15204 C1 2011.12.30
приема одновременно с акустическим и упомянутыми К видами сигналов принимают шумы, для снижения порога надежного выделения ЛЧМ-сигнала из шумов осуществляют
синхронное p-кратное накопление смеси ЛЧМ-сигнала и шума, а упомянутое отношение
сигнал/шум определяют в каждой из N полос разделения спектра речевого сигнала и увеличивают путем частотно-временной обработки смеси надпорогового ЛЧМ-сигнала и шума.
Изобретение относится к распознаванию речи, конкретно к измерению максимально
возможной разборчивости речи в крайне неблагоприятных условиях, в шуме, и предназначено в основном для определения степени защищенности объектов от утечки речевой
информации по нескольким каналам утечки одновременно.
Известен способ измерения максимальной разборчивости речи, описанный в [1], в котором в исследуемом помещении устанавливают источник акустического испытательного
шумового сигнала и на нормируемом расстоянии от него - приемник испытательного сигнала. Излучают в помещение испытательный акустический сигнал в пяти октавных полосах с центральными частотами 250, 500, 1000, 2000 и 4000 Гц. Принимают и измеряют
испытательный сигнал по отдельности по каждой из пяти октавных полос. По результатам
измерений определяют среднеквадратическое значение уровня измеряемого сигнала в полосе частот 175-5600 Гц. После проведения измерений внутри исследуемого помещения
приемник испытательного сигнала выносят в смежное помещение и устанавливают на
нормируемом расстоянии от разделяющей эти два помещения ограждающей конструкции.
В качестве ограждающей конструкции могут выступать как стены, так и межэтажные перекрытия, окна, двери. После этого проводят повторные измерения уровня испытательного
сигнала, по результатам которых определяют затухание звуковых волн при прохождении
через ограждающую конструкцию как разность октавных уровней звуковых давлений в
помещении с высоким уровнем звука (исследуемом) и низким уровнем (смежном). По результатам измерений в соответствии с известной методикой [Хорев А.А. и др. Методы
защиты речевой информации и оценки их эффективности // Конфидент. Защита информации. - № 4. - 2001. - С. 32-33) рассчитывают максимальное значение разборчивости речи.
Для оценки звукоизоляции всего исследуемого помещения аналогичным образом оценивают звукоизолирующую способность каждой ограждающей конструкции, вентиляционной системы (при ее наличии в помещении), а также по методике измерений, описанной
выше, дополнительно оценивают изоляцию помещения по виброакустическому каналу.
Недостатками известного способа являются:
не обеспечивает обнаружение слабых сигналов в шумах высокого уровня, т.е. не обнаруживает каналы утечки информации;
оценка шума включает фоновые (естественные) и искусственные шумы;
не позволяет реализовать пространственную обработку;
оценка смеси сигнал + шум и шума выполняется в разные отрезки времени;
не учитывает реверберационные помехи, резонансные явления;
не учитывает неравномерность АЧХ (амплитудно-частотной характеристики).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения максимальной разборчивости речи [2], в котором размещают источник акустического
испытательного гармонического сигнала в точке размещения источника речевого сигнала,
а приемник акустического сигнала - в точке приема речевой информации, причем в точке
приема дополнительно размещают К приемников других видов сигналов, образованных
акустическим испытательным сигналом, например электрического, магнитного, виброакустического сигналов, последовательно излучают N-частотный испытательный гармонический акустический сигнал заданного уровня с паузами между излучениями частот, причем
частоты излучения распределены на средних частотах N полос, на которые разделен слышимый спектр речи, принимают и измеряют по отдельности акустический и указанные К
2
BY 15204 C1 2011.12.30
видов сигналов, образованных в месте приема на всех N частотах испытательного сигнала
и в паузах между ними, определяют по результатам измерений соотношения сигнал/шум
на каждой частоте испытательного сигнала по каждому акустическому и К другим видам
принятых сигналов, выбирают на каждой частоте испытательного сигнала наибольшее
из соотношений сигнал/шум, измеренных по акустическому и К другим видам принятых
сигналов, затем вычисляют уровень разборчивости речи по наибольшим соотношениям
сигнал/шум. Вначале по измеренным отношениям сигнал/шум определяют коэффициенты
разборчивости на каждой частоте испытательного сигнала, определяют усредненное
(среднеарифметическое) по всему диапазону частот значение коэффициента разборчивости.
Затем по определенному среднеарифметическому значению коэффициента разборчивости
и известной кривой зависимости словесной разборчивости от значения коэффициента разборчивости определяют максимальную словесную разборчивость речи [Железняка В.К. и др.
Некоторые методические подходы к оценке эффективности защиты речевой информации
// Специальная техника, 2000. - № 4. - С. 39-45).
Недостатками прототипа являются:
оценка смеси сигнал + шум и шума выполняется в разные отрезки времени;
учитываются частично реверберационные помехи и резонансные явления;
не учитывается неравномерность АЧХ, так как измерения проводятся на средних частотах каждой из N-полос, а не во всем диапазоне.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей,
повышение точности измерения максимальной разборчивости речи за счет устранения
влияния на результат измерения неравномерности АЧХ, резонансных явлений, реверберации.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения максимальной разборчивости речи, в котором размещают источник акустического испытательного сигнала в точке
размещения источника речевого сигнала, приемник акустического сигнала - в точке приема речевого сигнала, причем в точке приема дополнительно размещают К приемников
других K видов сигналов, образуемых в точке приема испытательным сигналом, например
электрического и/или магнитного, и/или виброакустического; последовательно излучают
N-частотный испытательный сигнал заданного уровня в каждой из N полос разделения
спектра речевого сигнала с паузами между излучениями на каждой полосе, измеряют по
отдельности уровни принятых акустического и упомянутых К видов сигналов, принятые
сигналы преобразуют в электрические сигналы, которые усиливают, согласованно фильтруют N-полосными фильтрами для разделения на частоты, соответствующие частотам испытательного сигнала, выделенные фильтрами сигналы запоминают оперативной
памятью, по результату измерений уровня определяют отношение сигнал/шум по каждому акустическому и упомянутым К видам принятых сигналов, выбирают на каждой частоте испытательного сигнала наибольшее из отношений сигнал/шум, измеренных по
акустическому и упомянутым К видам принятых сигналов, и по усредненной величине
отношений сигнал/шум находят уровень максимальной разборчивости речи, в отличие от
прототипа в качестве испытательного сигнала используют линейно-частотномодулированный ЛЧМ-сигнал, который последовательно излучают в пределах границ N
полос разделения спектра речевого сигнала p-кратно в каждой полосе, а время изменения
частоты испытательного ЛЧМ-сигнала устанавливают меньшим времени реверберации
контрольного сигнала, причем в точке приема одновременно с акустическим и упомянутыми К видами сигналов принимают шумы, для снижения порога надежного выделения
ЛЧМ-сигнала из шумов осуществляют синхронное p-кратное накопление смеси ЛЧМсигнала и шума, а упомянутое отношение сигнал/шум определяют в каждой из N полос
разделения спектра речевого сигнала и увеличивают путем частотно-временной обработки
смеси надпорогового ЛЧМ-сигнала и шума.
Использование в качестве испытательного ЛЧМ-сигнала позволяет учитывать неравномерность АЧХ, обусловленную неравномерностью спектральной плотности речевого
сигнала, кривой чувствительности уха.
3
BY 15204 C1 2011.12.30
Последовательное излучение ЛЧМ-сигнала в пределах границ N полос разделения
спектра речевого сигнала p-кратно в каждой полосе позволяет обеспечить снижение порога надежного выделения ЛЧМ-сигнала, так как p-кратное синхронное накопление увеличивает амплитуду ЛЧМ-сигнала в p раз, а шума в p раз, что дает суммарный эффект в
p раз (фиг. 5).
При правильном выборе скорости измерения частоты ЛЧМ-сигнала исключается влияние на испытательный ЛЧМ-сигнал послезвучания (реверберации), так как время присутствия отдельной составляющей частоты ЛЧМ-сигнала
длительность сигнала
∆t =
<< времени реверберации , паразитные резонансы учиколичество составляющих
тываются амплитудой отдельной дискретной составляющей ЛЧМ-сигнала. В равной мере
это относится к неравномерности АЧХ. Устранение этих факторов значительно повышает
точность измерений.
На фиг. 1 представлен пример упрощенной структурной схемы устройства, реализующего описанный способ, где приняты следующие обозначения: 1 - генератор испытательных ЛЧМ-сигналов, 2 - акустический излучатель, 3 - преграда, 4 - приемник
испытательных сигналов (акустического или электрического, магнитного, виброакустического), 5 - N-полосный измеритель, 6 - вычислитель отношений сигнал/шум, 7 - вычислитель уровня разборчивости речи; на фиг. 2 - фрагмент сформированного генератором
ЛЧМ-сигнала; на фиг. 3 - спектр сформированного генератором ЛЧМ-сигнала; на фиг. 4 фрагмент принятой смеси искаженного ЛЧМ-сигнала и шума; на фиг. 5 - фрагмент смеси
ЛЧМ-сигнала и шума после применения синхронного накопления; на фиг. 6 отображено
распределение ЛЧМ-сигнала в шумах после применения частотно-временного преобразования Вигнера; на фиг. 7 представлены временные срезы распределения ЛЧМ-сигнала в
шумах после применения частотно-временного преобразования Вигнера, на фиг. 8 - зависимость значений ОСШ, полученного на вычислителе отношений сигнал/шум, от значений ОСШ на входе приемника испытательных сигналов.
Способ выполнен следующим образом. Размещают источник акустического испытательного сигнала 2 в точке размещения источника речевого сигнала на уровне 1,5 м от пола и на расстоянии 1 м от преграды 3, а приемник акустического испытательного сигнала
4 - на уровне 1,5 м от пола и на расстоянии 0,5 м от преграды 3 снаружи в точке приема
речевого сигнала. Измеряют время реверберации помещения на частоте 260 Гц согласно
ГОСТ 24146-89, получен результат Треверб = 0,45 с. Устанавливают длительность испытательного ЛЧМ-сигнала T = 1 c. Генератор 1 сформировал испытательный ЛЧМ-сигнал в
первой полосе равной разборчивости (N = 1, f ∈ [100-420] Гц). Начальная частота ЛЧМсигнала равнялась f0 = 100 Гц и конечная f1 = 512 Гц (фиг. 2 и 3). Полученный ЛЧМсигнал последовательно излучают через акустический излучатель 2 уровнем 74 дБ 10 раз
(p = 10). Испытательный акустический сигнал распространяется за пределы исследуемого
помещения по акустическим (электрическим, магнитным, виброакустическим) каналам
(стены, двери, окна, система вентиляции, системы отопления, системы водо- и газоснабжения,
системы канализации и т.п.), при этом ослабляясь. Приемником 4 принимают ослабленный испытательный ЛЧМ-сигнал после прохождения преграды. При этом получают не
искаженный реверберацией испытательный сигнал и шум (фиг. 4). Принятую смесь ЛЧМсигнала и шума согласованно фильтруют, выделяют полосным фильтром в диапазоне частот f ∈ [100-420] (согласованный и полосный фильтр входят в блок 5 на фиг. 1). Выделенный сигнал запоминают оперативной памятью вычислителя ОСШ 6. Для снижения
порога надежного выделения ЛЧМ-сигнала из шумов применено синхронное 10-кратное
накопление смеси ЛЧМ-сигнала и шума. Фрагмент сигнала, полученного синхронным
накоплением, представлен на фиг. 5.
4
BY 15204 C1 2011.12.30
Затем применяют частотно-временное преобразование Вигнера (фиг. 6), выигрыш от
которого для нашего примера представлен на фиг. 8. Представлены временные срезы для
различных моментов времени t = 0, 500 и 1000 мс на фиг. 7. С помощью временных срезов
в моменты времени от 0 до 1000 мс вычислена усредненная величина уровня смеси ЛЧМсигнала и шума и уровня шума. Значение ОСШ на вычислителе 6 составило 2,93 дБ.
По графику зависимости ОСШ на выходе вычислителя отношений сигнал/шум от
ОСШ на входе приемника (фиг. 8) получают значение ОСШ на входе приемника, равное 9,12 дБ при его выходном отношении сигнал/шум, равном 2,93 дБ. По графику, представленному в работе [Железняк В.К. Защита информации от утечки по техническим каналам:
учебное пособие. ГУАП. -СПб.: 2006. - С. 188] оценивают значение коэффициента разборчивости речи в данной полосе в зависимости от ОСШ на входе приемника.
Аналогично оценивают значения ОСШ на входе приемника для остальных N-1 полос
равной разборчивости (или третьоктавных, октавных полос) и значение коэффициента
разборчивости речи. Из полученных значений коэффициентов разборчивости в N полосах
определяют усредненное значение коэффициента разборчивости во всей полосе речевого
сигнала. Словесную разборчивость речи оценивают по методике, изложенной в [Железняк
В.К. Защита информации от утечки по техническим каналам: учебное пособие. ГУАП. СПб.,2006.-188с.] как ее зависимость от коэффициента разборчивости во всей полосе. Заявляемый способ позволяет:
оценивать мощность сигнала и мощность шума одновременно;
проводить измерения не в отдельных точках, а во всей полосе частот;
снизить порог надежного выделения ЛЧМ-сигнала;
исключить эффекты реверберации и резонанса;
повысить чувствительность локальной измерительной схемы;
учитывать неравномерность АЧХ;
большее количество элементов выполнить программно.
Источники информации:
1. Свидетельство на полезную модель РФ 41863, МПК7 G 01H 11/08, 2004.
2. Патент РФ 2277728, МПК G 10L 15/00, H 04R 29/00, 2006 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
5
BY 15204 C1 2011.12.30
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
467 Кб
Теги
by15204, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа