Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

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: B_s, дБ – интегральный (суммарный) уровень речевого сигнала в полосе частот 100–10000 Гц; N – число дискретных полос спектра сигнала; B_pi, дБ – спектральные уровни речевого сигнала в i-x дискретных полосах спектра (i = 1,..., N); D_i, дБ – спектральные уровни артикуляционного параметра речи (i = 1,..., N); w_i – весовые коэффициенты дискретных полос (i = 1,..., N).

Исходные данные для типовых речевых сигналов с уровнями: B_s = 64 дБ (тихая речь), B_s = 70 дБ (речь со средним уровнем), B_s = 76 дБ (громкая речь) и B_s = 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: Z_i – коэффициенты ослабления (затухания) i-гo спектрального уровня речевого сигнала на трассе распространения акустической волны от источника речи к приемному устройству, дБ; B_ni – спектральные уровни шума в i-й дискретной полосе спектра сигнала, дБ. Значения Z_i и B_ni определяются расчетным или инструментальным способами.

При проведении практических работ по защите речевой информации значения Z_i и B_ni необходимо определять инструментальным способом.

Применение расчетного способа определения Z_i и B_n_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 Z_i и B_ni; по формуле (3.1) рассчитать E_i – отношения сигнал/шум на входе приемного устройства речевого сигнала в дискретных полосах спектра (i = 1, ..., N)

E_i = Вs_i – Bn_i + Z_i = Qp_i + Z_i, (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 D_i
	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 D_i
	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 K_pi – коэффициенты разборчивости речи в дискретных полосах спектра (i = 1, ..., N)

(3.2)

По формуле (3.3) рассчитать K_р – 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 B_s = 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 K_i (i = 1, ..., 20) (таблица 3.7).

Таблица 3.5-Исходные данные по спектру речевого сигнала и АЧХ

№полосы
Z_i, 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
Z_i , 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
E_t , дБ	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3
№полосы
E_t , 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
K_pi , дБ	0,001	0,003	0,006	0,006	0,007	0,008	0,01	0,012	0,013	0,014
№полосы
K_pi , 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 K_р:

K_р = 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» E_i, дБ (i = 1–7) (см. таблицу 3.9).

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

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

K_р = 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 L_s = 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
Z_i , 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
E_i , дБ	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3	-19,3

Таблица 3.10 - Коэффициенты разборчивости речи

№ полосы
K_pi , 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» E_i, дБ (i = 1–20) (см. таблицу 3.12).

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

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

K_р = 0,01.

Таблица 3.11-Исходные данные по спектру речевого сигнала и АЧХ

№ полосы
Z_i, 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
Z_i , 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
E_i , дБ	-8,4	-6,7	-9,4	-12,2	-18,5	-23,2	-23,8	-23,5	-22,9	-22,2
№полосы
E_i , 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
K_pi , дБ	0,014	0,002	0,039	0,028	0,009	0,003	0,003	0,004	0,005	0,007
№ полосы
K_pi , 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
Z_i , 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
E_i , дБ	-8,2	-8,2	-9,2	-18,2	-22,2	-21,6	-21,4

Таблица 3.16- Коэффициенты разборчивости речи

№ полосы
K_pi , 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» E_i, дБ (i = 1–7) (таблица 3.15).

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

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

K_р = 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)

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

Поиск по сайту: