7.6. Критерії оцінки систем закриття мови

Існують чотири основних критерії, по яких оцінюються характеристики пристроїв закриття мовних сигналів, а саме: розбірливість мови, впізнаваємість, ступінь закриття й основні технічні характеристики системи.

Прийнятною чи комерційною якістю відновленої на прийомному кінці мови вважається таке, коли слухач може без труднощів визначити голос того що говорить і зміст вимовного повідомлення. Крім цього, під гарною якістю переданого мовного сигналу мається на увазі і можливість відтворення емоційних відтінків і інших специфічних ефектів розмови, властивим бесідам віч на віч.

Відновленого мовного сигналу, що впливають на якість, параметри вузькосмугових закритих систем передачі мови визначаються способами кодування, методами модуляції, впливом шуму, інструментальними помилками й умовами поширення. Шуми і спотворення впливають на характеристики кожного компонента системи по-різному, і зниження якості, що відчувається користувачем, походить від сумарного ефекту зниження характеристик окремих компонентів. Існуючі об'єктивні методи оцінки якості мови і систем не пристосовані для порівняння характеристик вузькосмугових дискретних систем зв'язку, у яких мовний сигнал перетвориться в систему параметрів на передавальній стороні, передається по каналу зв'язку, а потім синтезується в мовний сигнал у приймачі.

Існуючі суб'єктивні методи вимірів розбірливості і природності відрізняються значною трудомісткістю, оскільки в цій справі багато чого залежить від використовуваного словника, обраного каналу зв'язку, діалекту, віку й емоційного стану дикторів які проводять випробуварря. Тому проведення вимірів для одержання статистично надійних і повторюваних оцінок параметрів системи при умовах, що змінюються, вимагає великих витрат.

При використанні радіоканалів ці труднощі ще більш зростають через невизначеність умов поширення, і досягти повторюваності результатів неможливо без застосування моделей радіоканалів.

Для дуплексних систем додатковий вплив на якість робить часова затримка сигналу, внесена мовним скремблером чи шифратором.

Оскільки основним показником таємності переданих мовних повідомлень є його нерозбірливість при перехопленні потенційними противниками що підслухують, порівняння по ступенях захисту є визначальним моментом при виборі користувачем конкретної системи закриття мови.

Як правило, аналогові скремблери використовуються там, де застосування цифрових систем закриття мови утруднено через наявність можливих помилок передачі (наземні лінії зв'язку з поганими чи характеристиками канали далекого радіозв'язку), забезпечують тактичний рівень захисту і добре охороняють переговори від сторонніх "випадкових ушей", що мають обмежені ресурси, будь то сусіди чи товариші по службі. Для таких застосувань придатні системи із статичним закриттям, тобто здійснюючі шифрування по фіксованому ключі.

Якщо ж необхідно зберегти конфіденційність інформації від можливих конкурентів, що володіють достатнім технічним і спеціальним оснащенням, то потрібно застосовувати аналогові скремблери середнього рівня закриття з динамічно мінливим у процесі розмови ключем. Природно, що ці системи будуть дорожче, ніж системи закриття з фіксованим ключем, однак вони настільки ускладнять роботу супротивників по розробці алгоритму, що дешифрує, що час, витрачений на це, значно знецінить добуту інформацію з перехопленого повідомлення.

Оскільки в таких пристроях закриття, як правило, перед початком повідомлення передається синхропослідовність, що містить частину додаткової інформації про ключ саме цього переданого повідомлення, у супротивника є тільки один шанс спробувати його розкрити, перебравши велику безліч ключових установок, і, якщо ключі міняються щодня, то навіть при відомому алгоритмі перетворення мови супротивнику прийдеться перебрати багато тисяч варіантів у пошуках дійсної ключової підстановки.

У випадку, якщо є припущення, що з метою добування вкрай цікавлячої його інформації супротивник може скористатися послугами висококваліфікованих фахівців і їхнім технічним арсеналом, то для того, щоб бути упевненим у відсутності витоку інформації, необхідно застосовувати системи закриття мови, що забезпечують стратегічну (найвищу) ступінь захисту. Це можуть забезпечити лише пристрою дискретизації мови з наступним шифруванням і новий тип аналогових скремблерів. Останні використовують методи перетворення аналогового мовного сигналу в цифрову форму, потім застосовують методи криптографічного закриття, аналогічні тим, що використовуються для закриття даних, після чого результуюче закрите повідомлення перетвориться назад в аналоговий сигнал і подається в лінію зв'язку. Для розкриття отриманого сигналу на прийомному кінці виконуються зворотні перетворення. Ці новітні гібридні пристрої легко адаптуються до існуючих комунікаційних мереж і пропонують значно більш високий рівень захисту мовних повідомлень, чим традиційні аналогові скремблери, зі збереженням усіх переваг останніх у розбірливості й впізноваємості відновленої мови.

Слід зазначити, що в системах засекречування мови, заснованих на шифрі перестановки N мовних елементів, загальне число ключів-перестановок дорівнює N!. Однак це число не відбиває реальної криптографічної стійкості системи через надмірність інформації, що міститься в мовному сигналі, а також через розбірливість недосконалим образом переставленої й інвертованої мови. Тому криптоаналітику супротивника часто необхідно випробувати лише K«N! випадкових перестановок для розкриття мовного коду. Цей момент варто враховувати при виборі надійної системи аналогового скремблювання.

Тенденції розвитку систем закриття мови

Метою сучасних досліджень методів закриття й обробки мовних сигналів є поліпшення параметрів для заданих каналів передачі з використанням досягнень мікроелектронної технології.

У найближчі десять років не очікується яких-небудь значних змін в області аналогового скремблювання. Очікується, що аналогові скремблери і далі будуть використовуватися на неякісних лініях зв'язку, поки не будуть створені надійні модеми з виправленням помилок, що виникають у процесі цифрової передачі по таких каналах.

Деякі публікації [5] свідчать про те, що розвиток цифрових процесорів обробки сигналів (ЦПОС) дозволить набагато ефективніше використовувати існуючі алгоритми при загальному зниженні габаритів і енергоспоживання апаратури закриття мовних сигналів. Завдяки розвитку ЦПОС вже вдалося набагато ускладнити смугові скремблери [5], у міру удосконалювання яких легше буде реалізовувати складні методи скремблювання, наприклад, комбіновані частотно-часові. Застосування ЦПОС дозволить підвищити якість мови за рахунок більш точних методів фільтрації й обробки. Незабаром варто очікувати появи на ринку достатньої кількості аналогових скремблерів нового типу, що забезпечують рівень захисту мовних сигналів, порівнянний з цифровими пристроями закриття мови, при високій якості й впізноваємості відновленого мовного сигналу, властивого аналогової скремблерам. У якості одного з перспективних напрямків аналогового скремблювання в [5] розглядається гармонійна компресія в часовій області (Time Domain Harmonic Compression - TDHC), що може використовуватися для звуження смуг частот усіх видів скремблерів.

Ріст попиту на найпростіші скремблери в таких областях, де вони раніш не застосовувалися, привів до появи пристроїв закриття мови, реалізованих в одному кристалі. Так у [5] повідомляється про початок виробництва спеціалізованої мікросхеми, що дозволяє здійснювати алгоритм закриття мови на основі часових перестановок і призначеної для використання в радіозв'язку таксі й автобусів.

Надалі серед систем дискретизації мови з наступним шифруванням поряд з наступним розвитком систем закриття мовних сигналів на основі відомих алгоритмів очікується широке поширення криптографічних систем з відкритими ключами, що, наприклад, дозволить створити нову захищену систему телефонного зв'язку з числом абонентів до 3 млн. для співробітників міністерства оборони США і його підрядчиків. Основні зусилля в області удосконалювання дискретної техніки кодування спрямовані на поєднання високих якостей звучання синтезованої мови в середньошвидкісних вокодерах з достоїнством низкошвидкісних перетворювачів - малою смугою частот. Одним з можливих способів є багатоімпульсне збудження вокодера, здатне замінити параметри основного тону й ознаки "тон/шум" набором імпульсів з різними амплітудами.

Розвитком ідеї векторного кодування є побудова вокодерів з кодовим збудженням і самозбудних вокодерів. Основний принцип їхньої роботи подібний із багатоімпульсним збудженням. Передані параметри заміняються єдиною адресою, що вибирає найбільш придатну форму сигналу збудження з числа сигналів, записаних у банку кодів.

Головні труднощі реалізації багатоімпульсного і векторного методів складаються у великій кількості розрахунків, проведених аналізатором з метою оптимального вибору форми сигналу збудження. Тому визначені зусилля спрямовані на спрощення цього аналізу.

Подальше зниження необхідної швидкості передачі можливо шляхом параметризації мови, що обгинає спектр, у залежності від частот формант і амплітуд. Труднощі точної і надійної ідентифікації формант обумовлюють низька якість формантного вокодеру. Однак при правильному керуванні його синтезатор відновлює мову з високою якістю. Використання коефіцієнтів лінійного передбачення для визначення частот формант дозволить сполучити властивості формантного вокодеру і вокодеру з лінійним передбаченням, але при більш низькій швидкості передачі. Очікується доведення швидкості передачі до величини 600 біт/с.

У більшості технічних додатків використовується мова з обмеженим словником, і перехід до кодування лише деяких звуків і слів може набагато знизити вимоги до швидкості передачі. Наприклад, для словника в 500 слів необхідна швидкість не перевершує 30 біт/с. Підвищена чутливість до помилок каналу зв'язки може бути подолана використанням завадостійкого кодування. Потенційний недолік таких систем полягає в тім, що синтезована на прийомній стороні мова не буде містити індивідуальних характеристик голосу того що говорить. Однак ці труднощі можна перебороти, використовуючи ознаку автентичності, яка передана заздалегідь. У майбутньому стане можливим керування синтезатором для імітації характеристики,того що говорить з використанням інформації, що міститься в посилці автентичності.