Методика расчета значений показателя защищенности акустической речевой информации




 

Настоящая методика предназначается для определения численных значений словесной разборчивости речи W в акустическом, виброакустическом и оптико-электронном каналах утечки речевой информации, а также при непосредственном прослушивании речи без использования технических средств. Для проведения расчетов используются следующие исходные данные.

По речевому сигналу: Bs, дБ – интегральный (суммарный) уровень речевого сигнала в полосе частот 100–10000 Гц; N – число дискретных полос спектра сигнала; Bpi, дБ – спектральные уровни речевого сигнала в i-x дискретных полосах спектра (i = 1,..., N); Di, дБ – спектральные уровни артикуляционного параметра речи (i = 1,..., N); wi – весовые коэффициенты дискретных полос (i = 1,..., N).

Исходные данные для типовых речевых сигналов с уровнями: Bs = 64 дБ (тихая речь), Bs = 70 дБ (речь со средним уровнем), Bs = 76 дБ (громкая речь) и Bs = 84 дБ (речь, усиленная техническими средствами) и характеристики равноартикуляционных полос и октавных полос спектра речевого сигнала, наиболее приемлемые с практической точки зрения, приведены в таблицах 3.1–3.3. Представление спектра в виде 20 равноартикуляционных полос обеспечивает получение более точных расчетов словесной разборчивости. Свое применение этот способ находит, как правило, в автоматизированных измерительных комплексах. При наличии измерительной аппаратуры общего применения наиболее простым способом является представление спектра речевого сигнала в виде 7 октавных полос. При этом методическая ошибка по сравнению с 20 полосным представлением спектра, не превышает 10%.

По условиям приема речевого сигнала: Zi – коэффициенты ослабления (затухания) i -гo спектрального уровня речевого сигнала на трассе распространения акустической волны от источника речи к приемному устройству, дБ; Bni – спектральные уровни шума в i-й дискретной полосе спектра сигнала, дБ. Значения Zi и Bni определяются расчетным или инструментальным способами.

При проведении практических работ по защите речевой информации значения Zi и Bni необходимо определять инструментальным способом.

Применение расчетного способа определения Zi и Bn i оправдано в оценочных задачах при наличии исходных данных о звукопоглощающих и вибропоглощающих свойствах (характеристиках) различных сред, через которые проходит акустическая волна от источника речи к приемному устройству, а также при известных спектральных характеристиках шума в точке приема речевого сигнала.

Порядок проведения расчета: расчетным или инструментальным способом определить Zi и Bni; по формуле (3.1) рассчитать Ei – отношения сигнал/шум на входе приемного устройства речевого сигнала в дискретных полосах спектра (i = 1,..., N)

 

Ei = Вsi – Bni + Zi = Qpi + Zi, (3.1)

 

Таблица 3.1-Характеристики речевых сигналов в равноартикуляционных полосах

 

Но-мер по-лосы i   Границы полосы f1–f2, Гц   Средняя частота F cp, Гц   Ши-рина по-лосы df, Гц Bs =64 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Bs = 70 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi   Bs = 76 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Bs = 84 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Артику-ляцион-ные па-раметры речи Di
  100-420     36,2 45,2 48,2 56,2 18,2
  420-570     34,9 40,9 46,9 54,9 13,4
  570-710     32,2 38,2 44,2 52,2 12,0
  710-865     30,3 36,3 42,3 50,3 10,9
  865-1030     27,0 33,0 39,0 47,0 10,1
  1030-1220     24,4 30,4 36,4 44,4 9,4
  1220-1410     23,0 29,0 35,0 43,0 8,7
  1410-1600     21,6 27,6 33,6 41,6 8,0
  1600-1780     20,6 26,6 32,6 40,6 7,5
  1780-1960     19,8 25,8 31,8 39,8 7,1
  1960-2140     17,9 23,9 29,9 37,9 6,8
  2140-2320     16,4 22,4 28,4 36,4 6,5
  2320-2550     15,0 21,0 27,0 35,0 6,2
  2550-2900     14,3 20,3 26,3 34,3 5,9
  2900-3300     12,9 18,9 24,9 32,9 5,5
  3300-3660     11,8 17,8 23,8 31,8 5,2
  3660-4050     11,1 17,1 23,1 31,1 5,0
  4050-5010     9,6 15,6 21,6 29,6 4,6
  5010-7250     6,9 12,9 18,9 26,9 4,0
  7250-10000     4,6 10,6 16,6 24,6 3,5

 

 

Таблица 3.2-Характеристики речевых сигналов в октавных полосах

Но-мер по-лосы i   Границы полосы f1–f2, Гц Средняя частота F cp, Гц   Шири-на поло-сы df, Гц   Ls = 64 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Ls = 70 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Ls = 76 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Ls = 84 дБ Спектр. уровень сигнала Bpi Артикуля- ционные парамет-ры речи Di
  87,5-175   87,5 35,6 41,6 47,6 55,6 17,6
  175-350     36,2 42,2 48,2 56,2 18,2
  350-700     34,5 40,5 46,5 54,5 14,6
  700-1400     27,0 33,0 39,0 47,0 9,8
  1400-2800     18,5 24,5 30,5 38,5 6,9
  2800-5600     10,5 16,6 22,6 30,6 4,8
  5600-11200     4,5 10,5 16,5 24,5 2,6

 

 

Таблица 3.3-Характеристики речевых сигналов в третьоктавных полосах

 

Но-мер по-лосы i   Границы полосы f1–f2, Гц   Сред няя час-тотапо-лосы   Весовой коэффи-циент полосы   Весовой коэффи-циент по октавной полосе     Зату-ха-ние сиг-нала в по-лосе   Уровни речевого сигнала в i-й полосе частот B si для русской речи, дБ   Формант- ный па- раметр, дБ  
ти-хая речь Bs = 64 ти-хая речь Bs = 64 ти-хая речь Bs = 64 ти-хая речь Bs = 64
  89-112   0,00090669 0,00522   36,7 36,7 36,7 36,7 29,0936
  112-141   0,0015757     41,7 41,7 41,7 41,7 26,2180
  141-178   0,0027382     48,2 48,2 48,2 48,2 23,6384
  178-224   0,0047584 0,02739   52,7 52,7 52,7 52,7 21,3222
  224-282   0,0082691     55,8 55,8 55,8 55,8 19,2407
  282-355   0,01437     57,0 57,0 57,0 57,0 17,3686
  355-447   0,026754 0,1131   56,0 56,0 56,0 56,0 15,6838
  447-562   0,038462     54,9 54,9 54,9 54,9 14,1666
  562-708   0,048091     53,5 53,5 53,5 53,5 12,7995
  708-891   0,059233 0,21494   51,2 51,2 51,2 51,2 11,5671
  891-1122   0,07153     49,2 49,2 49,2 49,2 10,4556
  1122-1412   0,084174     48,1 48,1 48,1 48,1 8,6311
  1412-1778   0,095752 0,30692   56,2 56,2 56,2 56,2 7,5644
  1778-2238   0,10419     44,7 44,7 44,7 44,7 6,6545
  2238-2817   0,10697     43,8 43,8 43,8 43,8 5,8782
  2817-3547   0,10179 0,25583   43,0 43,0 43,0 43,0 5,2159
  3547-4465   0,087688     41,7 41,7 41,7 41,7 4,6510
  4465-5621   0,066352     40,3 40,3 40,3 40,3 4,1690
  5621-7077   0,042398 0,07252   38,5 38,5 38,5 38,5 3,7578
  7077-8909   0,021744     36,2 36,2 36,2 36,2 3,4070

 

По формуле (3.2) рассчитать Kpi – коэффициенты разборчивости речи в дискретных полосах спектра (i = 1,..., N)

 

(3.2)

 

По формуле (3.3) рассчитать Kр – коэффициент разборчивости речи в частотной полосе речевого сигнала

 

(3.3)

 

По формулам (3.4) расчитать словесную разборчивость речи

 

(3.4)

 

 

Примеры расчета словесной разборчивости (применительно к акустическому каналу утечки речевой информации)

 

Пример 1. Определить словесную разборчивость речи с интегральным уровнем Bs = 64 дБ, при ее прослушивании в условиях «речеподобного» шума и прохождении речевого сигнала через среду с равномерной амплитудно-частотной характеристикой (рисунки 3.1-3.3).

Вариант 1. Расчет словесной разборчивости при представлении спектра речевого сигнала 20%равноартикуляционными полосами.

1. Исходные данные по равноартикуляционным полосам и речевому сигналу принимаются из таблицы 3.1.

2. Исходные данные по спектру шума и АЧХ приведены в таблице.3.4 и 3.5.По формуле (3.1) для каждой равноартикуляционной полосы рассчитываются отношения «спектральный уровень сигнала/шум» Ei, дБ (i = 1–20) (см. таблицу 3.6).

 

Таблица 3.4-Коэффициенты разборчивости в третьоктавных полосах

    Номер полосы речевого сигнала i     Kоэффициенты разборчивости в полосе, дБ  
тихая речь Bs = 64   речь со сред% ним уровнем Bs = 70   громкая речь Bs = 76   речь, усиленная техническими средствами Bs = 84
  0,0000 0,0000 0,0001 0,0000
  0,0000 0,0000 0,0001 0,0003
  0,0001 0,0001 0,0003 0,0007
  0,0001 0,0003 0,0007 0,0013
  0,0003 0,0007 0,0014 0,0026
  0,0006 0,0013 0,0025 0,0046
  0,0006 0,0017 0,0034 0,0069
  0,0009 0,0025 0,0054 0,0114
  0,0009 0,0026 0,0061 0,0140
  0,0007 0,0023 0,0058 0,0145
  0,0007 0,0024 0,0064 0,0164
  0,0010 0,0033 0,0085 0,0213
  0,0066 0,0033 0,0089 0,0231
  0,0010 0,0034 0,0093 0,0247
  0,0013 0,0044 0,0115 0,0294
  0,0016 0,0052 0,0133 0,0328
  0,0020 0,0062 0,0149 0,0350
  0,0021 0,0063 0,0147 0,0330
  0,0012 0,0038 0,0093 0,0222
  0,0005 0,0017 0,0046 0,0118

 

Примечание. Суммарный коэффициент разборчивости: 0,0222; 0,0515; 0,1272; 0,306.

По формуле (3.2) для каждой равноартикуляционной полосы рассчитываются коэффициенты разборчивости речи Ki (i = 1,..., 20) (таблица 3.7).

 

Таблица 3.5 - Исходные данные по спектру речевого сигнала и АЧХ

№полосы                    
Zi , дБ 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3
B ni, дБ 44,2 42,9 40,2 38,3 35,0 32,4 31,0 29,6 28,6 27,8
№полосы                    
Zi, дБ 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3
B ni, дБ 25,9 24,4 23,0 22,3 20,9 19,8 19,1 17,6 14,9 12,6

 

Рисунок 3.1 - Последовательность расчета коэффициента разборчивости речи

 

Таблица 3.6-Отношение «спектральный уровень сигнал/шум»

 

№полосы                    
Et, дБ -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3
№полосы                    
Et, дБ -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3

 

Таблица 3.7Коэффициенты разборчивости речи

№полосы                    
Kpi, дБ 0,001 0,003 0,006 0,006 0,007 0,008 0,01 0,012 0,013 0,014
№полосы                    
Kpi, дБ 0,015 0,016 0,017 0,018 0,02 0,021 0,022 0,024 0,027 0,03

 

 

Рисунок 3.2 - Последовательность расчета коэффициента разборчивости речи через коэффициент восприятия формант

 

Рисунок 3.3 - Последовательность расчета слоговой и словесной разборчивости

 

По формуле (3.3) для частотной полосы речевого сигнала рассчитывается коэффициент разборчивости речи Kр :

 

Kр = 0,018.

 

По формуле (14) рассчитывается словесная разборчивость речи W.

W = 0,1 (с округлением результата расчета до первого десятичного знака после запятой).

Вариант 2. Расчет словесной разборчивости при представлении спектра речевого сигнала с 7 октавными полосами. Исходные данные по октавным полосам и речевому сигналу принимаются из таблицы 3.2.

Исходные данные по спектру шума и АЧХ приведены в таблице 3.8. По формуле (3.1) для каждой октавной полосы рассчитываются отношения «спектральный уровень сигнала/шум» Ei, дБ (i = 1–7) (см. таблицу 3.9).

По формуле (3.2) для каждой октавной полосы рассчитываются коэффициенты разборчивости речи Ki (i = 1–7) (см. таблицу 3.10).

По формуле (13) для частотной полосы речевого сигнала рассчитывается коэффициент разборчивости речи Kр :

 

Kр = 0,015.

По формуле (14) рассчитывается словесная разборчивость речи W; W = 0,1 (с округлением результата расчета до первого десятичного знака после запятой).

Пример 2.Определить словесную разборчивость речи с интегральным уровнем Ls = 64 дБ при ее прослушивании в условиях «экспоненциального» шума и прохождении речевого сигнала через среду с амплитудно-частотной характеристикой, имеющей подъем в окрестности 1000 Гц.

 

Таблица 3.8 -Исходные данные по спектру речевого сигнала и АЧХ

№ полосы              
Zi, дБ 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3
B ni, дБ 43,6 44,2 42,5 35,0 26,5 18,6 12,5

 

Таблица 3.9 - Отношение «спектральный уровень сигнал/шум»

№ полосы              
Ei, дБ -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3 -19,3

 

Таблица 3.10 - Коэффициенты разборчивости речи

№ полосы              
Kpi, дБ 0,001 0,001 0,002 0,008 0,015 0,023 0,036

 

Вариант 1. Расчет словесной разборчивости при представлении спектра речевого сигнала 20 равноартикуляционными полосами. Исходные данные по равноартикуляционным полосам и речевому сигналу принимаются из таблицы 3.1.

Исходные данные по спектру шума и АЧХ представлены в таблице 3.11. По формуле (3.1) для каждой равноартикуляционной полосы рассчитываются отношения «спектральный уровень сигнала/шум» Ei, дБ (i = 1–20) (см. таблицу 3.12).

По формуле (3.2) для каждой равноартикуляционной полосы рассчитываются коэффициенты разборчивости речи Kpi (i = 1–20) (см. таблицу 3.13).

По формуле (3.3) для частотной полосы речевого сигнала рассчитывается коэффициент разборчивости речи Kр

 

Kр = 0,01.

 

Таблица 3.11-Исходные данные по спектру речевого сигнала и АЧХ

№ полосы                    
Zi , дБ 13,3 15,3 17,3 19,3 23,3 26,3 26,3 25,3 24,3 23,3
B ni, дБ 31,3 26,3 24,3 23,2 22,2 21,3 20,5 19,8 19,2 18,7
№полосы                    
Zi, дБ 22,3 21,3 20,3 19,3 18,3 17,3 16,3 15,3 14,3 13,3
B ni, дБ 18,3 17,9 17,5 17,0 16,5 16,0 15,6 14,9 13,9 12,9

 

Таблица 3.12-Отношение «спектральный уровень сигнал/шум»

№ полосы                    
Ei, дБ -8,4 -6,7 -9,4 -12,2 -18,5 -23,2 -23,8 -23,5 -22,9 -22,2
№полосы                    
Ei, дБ -22,7 -22,8 -22,8 -22 -21,9 -21,5 -20,8 -20,6 -21,3 -21,6

 

Таблица 3.13-Коэффициенты разборчивости речи

№ полосы                    
Kpi, дБ 0,014 0,002 0,039 0,028 0,009 0,003 0,003 0,004 0,005 0,007
№ полосы                    
Kpi, дБ 0,007 0,007 0,008 0,01 0,011 0,013 0,016 0,018 0,018 0,019

 

Таблица 3.14- Исходные данные по спектру речевого сигнала и АЧХ

№ полосы              
Zi, дБ 13,3 13,3 16,3 23,3 22,3 16,8 13,8
B ni, дБ 30,5 31,1 27,4 21,9 18,4 15,3 12,1

 

Таблица 3.15- Отношение «спектральный уровень сигнал/шум»

№ полосы              
Ei, дБ -8,2 -8,2 -9,2 -18,2 -22,2 -21,6 -21,4

 

Таблица 3.16- Коэффициенты разборчивости речи

№ полосы              
Kpi, дБ 0,016 0,014 0,025 0,01 0,008 0,014 0,024

 

По формуле (3.4) рассчитывается словесная разборчивость речи W; W = 0,1 (с округлением результата расчета до первого десятичного знака после запятой).

Вариант 2. Расчет словесной разборчивости при представлении спектра речевого сигнала 7 октавными полосами. Исходные данные по октавным полосам и речевому сигналу принимаются из таблицы 3.2.

Исходные данные по спектру шума и АЧХ приведены в таблице 3.13.

По формуле (3.1) для каждой октавной полосы рассчитываются отношения «спектральный уровень сигнала/шум» Ei, дБ (i = 1–7) (таблица 3.15).

По формуле (3.2) для каждой октавной полосы рассчитываются коэффициенты разборчивости речи Kpi (i = 1–7) (см. таблицу 3.16).

По формуле (3.3) для частотной полосы речевого сигнала рассчитывается коэффициент разборчивости речи Kр:

 

Kр = 0,013.

 

Таблица 3.17- Сравнения методов расчета коэффициента разборчивости речи

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5  
  0,00177 0,0055 0,017 0,049 0,122 0,2267 0,3644 0,500
  0,000 0,010 0,020 0,050 0,110 0,210 0,350 0,500
  0,00158 0,0065 0,0193 0,0507 0,111 0,208 0,342 0,5007
                 
  0,6355 0,9632 0,8778 0,951 0,9829 0,9944 0,9982  
  0,350 0,790 0,890 0,950 0,980 0,990 1,000  
  0,658 0,792 0,888 0,947 0,974 0,994 0,998  

 

Рисунок 3.4 - Коэффициент разборчивости речи (три метода)

 

Рисунок 3.5-Коэффициент разборчивости речи по формуле (8)

 

По формуле (3.4) рассчитывается словесная разборчивость речи W; W = 0,1 (с округлением результата расчета до первого десятичного знака после запятой).

Примечание. В расчетных примерах исходные данные по спектрам шума и АЧХ для октавных полос пересчитаны из исходных данных для 20 равноартикуляционных полос с учетом их частотных соотношений, приведенных в таблице 3.4 и 3.5. В таблице 3.17 и рисунках 3.4 и 3.5 даны сравнения методов расчета коэффициента разборчивости речи.

 

Список литературы

 

 

1. Железняк В. К., Колесников А. А., Комарович В. Ф. Корреляционная теория разборчивости речи // Вопросы радиоэлектроники. 1995. С. 3-7.

2. Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи. М.: Связь, 1962. -392 с.

3. Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике. - М.: Финансы и статистика, 1991. 543 с.

4. Росин М. Ф., Булыгин В. С. Статическая динамика и теория эффек­тивности систем управления: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1981.- 312 с.

5. Дегтярев Ю. И. Методы оптимизации: учебное пособие для вузов. М.: Сов. радио, 1980. 272 с.

6. Горохов П. К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные тер­мины: около 6000 терминов. - М.: Рус. яз., 1993. 246 с.

7. Советский энциклопедический словарь / под ред. А. М. Прохорова. М.: Сов. энцикл., 1980. - 1604 с.

8. СНиП 11-12-77. Защита от шума / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2002. - 52 с.

9. Власов К. П., Власов П. К., Киселева А. А. Методы исследований и организация экспериментов / под ред. проф. К. П. Власова. Изд-во «Гума­нитарный центр», 2002. - 256 с.

10. Корнеева Т. В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терми­нов. - М.: Рус. яз., 1990. - 464 с.

11. Общесистемные вопросы защиты информации: монография / под ред. Е. М. Сухарева. - М.: Радиотехника. 2003. Кн. 1. 296 с.

12. Обеспечение информационной безопасности в экономической и те­лекоммуникационной сферах: монография / под ред. Е. М. Сухарева. М.: Радиотехника. 2003. Кн. 2. - 216 с.

13. Модели технических разведок и угроз безопасности информации: монография / под ред. Е. М. Сухарева. М.: Радиотехника. 2003. Кн. 3. 144 с.

14. Комарович В. Ф., Железняк В. К., Безопасность информации в теле­коммуникационных системах: сб. статей / под ред. засл. деят. науки и техники РФ, проф. В. Ф. Комаровича. - СПб.: ВУС. 2001. С. 15-19.

15. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информа­ции / А. Г. Зюко, А. И. Фалько, И. П. Панфилов, В. Л. Банкет, П. В. Иващенко / под ред. А. Г. Зюко. М.: Радио и связь. 1985. - 272 с.

16. Окунь Ю. Б., Плотников В. Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике и связи. - М.: Связь, 1976.- 18с.

17. Юрлов Ф. Ф. Технико-экономическая эффективность сложных ра­диоэлектронных схем. - М.: Сов. радио, 1980.- 280 с.

18. ДолговВ. А., Касаткин А. С., Сретенский В. Н. Радиоэлектронные автоматические системы контроля (системный анализ и методы реализа­ции) / под ред. В.Н. Сретенского. М.: Сов. радио, 1978. - 384 с.

19. Акустика: справочник / А. П. Ефимов, А. В. Новиков, М. А. Сапож­ков, В. И. Шоров; под ред. М. А. Сапожкова. М.: Радио и связь, 1989. 336 с.

20. 180/ТК 3352 АсоивИсв. Аввеввтеп! о? по1ве шИИ геврес!!о гЪ’з еНес! оп!Ие т'ЪеШд.ЫШу о? вреесИ. 40 р.

21. Крещук В. В. Метрологическое обоснование эксплуатации сложных изделий. - М.: Стандарты, 1989. - 200 с.

 

 

Содержание

Введение 3

1 Введение в теорию разборчивости речи 4

2 Задание на расчетно-графическую работу №1 11

3 Задание на расчетно-графическую работу №1 13

4 Методика расчета значений показателя защищенности акустической речевой информации 14

Список литературы 28

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-12-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: