Brevet FR2520955A1 — publié le 19830805

SYSTEME ELECTRONIQUE DE TRANSMISSION SECRETE DE SIGNAUX AUDIO La présente invention concerne un nouveau système électronique permettant une transmission secrète de signaux audio. En effet, il est déjà connu, par exemple d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 610 828 déposé le 23 mai 1967 et délivré le 5 octobre 1971 au nom de la Société cessionnaire Technical Communications, d'assurer le codage de signaux audio analogiques en modifiant des fragments de ces signaux, et notamment en inversant ou non ces fragments selon l'état d'une séquence numé- rique binaire Malheureusement, pour une personne qui disposerait d'un matériel relativement simple tel qu'un générateur de fonctions et un dispositif de démodulation, la reconstitution en clair du message codé est possible, et le système n'offre donc qu'un secret de transmission très relatif. Le but de l'invention est de proposer un système de transmission dont la résistance au décodage frauduleux ou non auto- risé est nettement améliorée par rapport aux systèmes tels que celui décrit dans le document cité. L'invention concerne à cet effet un système dans lequel d'une part un dispositif de codage comprend essentiellement un filtre passe-bas d'entrée recevant les signaux audio à transmettre de façon secrète, deux voies en parallèle l'une sur l'autre en sortie de ce filtre et composées chacune d'un modulateur et d'un nouveau filtre passe-bas (chaque modulateur comprenant lui-même deux amplificateurs en parallèle de gain + 1 et -1 et un commutateur reliant au filtre passe-bas correspondant la sortie de l'un ou de l'autre amplificateur selon l'état haut ou bas d'un signal de fréquence F 1 pour l'un des modulateurs et de fréquence F 2 pour l'autre), un étage de génération des deux signaux de modulation de fréquences F 1 et F 2, et un premier inverseur qui reçoit les sorties des deux voies et sélectionne l'une ou l'autre selon l'état haut ou bas d'un signal binaire fourni par un premier étage de génération de séquences pseudoaléatoires, la sor- tie de cet inverseur constituant les signaux audio codés envoyés vers le canal de transmission, et dans lequel d'autre part un dispositif de décodage comprend essentiellement un étage de reconstruction des signaux de fréquences F 1 et F 2, un deuxième inverseur qui reçoit ces deux signaux et sélectionne l'un ou l'autre selon l'état haut ou bas d'un signal binaire fourni par un deuxième étage de génération de séquences pseudoaléatoires synchrone de l'étage correspondant utilisé à l'émission, un démodulateur composé lui aussi de deux am- plificateurs et d'un commutateur, et un filtre passe-bas dont la sortie délivre les signaux audio décodés correspondant aux signaux audio d'origine. Avec un tel système de transmission, on procède donc à un retournement du spectre de base des signaux d'origine à coder autour d'une fréquence de modulation, mais celle-ci est choisie de façon aléatoire parmi deux fréquences possibles, le passage de l'une à l'autre étant commandé par une séquence pseudoaléatoire qu'un code spécial permet de générer Pour empêcher la démodulation des signaux codés par une seule de ces deux fréquences F 1 et F 2 ou par une fré- quence intermédiaire située entre F 1 et F 2, leurs valeurs doivent être distantes d'environ 1 kilohertz ou plus Dans ces conditions, le brouillage des signaux sonores est cette fois tout à fait résistant, et le message codé est réellement inintelligible et ne peut pas être reconstitué. D'autre particularités et avantages de l'invention appa- raitront de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: la figure 1 montre dans le système de transmission selon l'invention un exemple de réalisation du dispositif de codage la figure 2 montre un exemple du spectre du signal de sortie du filtre passe-bas d'entrée de ce dispositif de codage les figures 3 a et 3 b montrent le spectre des signaux de sortie des deux modulateurs la figure 4 montre le spectre du signal de sortie du dispositif de codage, qui est envoyé vers l'entrée du canal de transmission les figures 5 a à 5 d montrent les signaux de sortie des différents circuits de l'étage de génération d'un signal de synchro- * 10 nisation; la figure 6 montre un exemple de réalisation du dispo- sitif de décodage dans le système de transmission conforme à l'in- vention les figures 7 a à 7 c montrent dans le dispositif de décodage les signaux de sortie en différents points de l'étage de récupération du signal de synchronisation les figures 8 a et 8 b montrent le spectre des deux signaux d'entrée possibles du démodulateur, et les figures 9 a et 9 b les deux signaux de sortie correspondants du démodulateur. Le système électronique de transmission secrète de si- gnaux audio décrit ci-dessous en référence aux figures comprend un dispositif de codage 100, représenté sur la figure 1, au moins un canal de transmission 300, et un dispositif de décodage 500, représenté sur la figure 6. Le dispositif de codage î O O comprend lui-même successi- vement un filtre passe-bas d'entrée 105 qui reçoit les signaux audio -à transmettre de façon secrète, deux voies 110 et 120 en parallèle l'une sur l'autre et composées chacune d'un modulateur 111 ou 121 et d'un filtre passe-bas 115 ou 125, et un inverseur 140 destiné à sélectionner sur commande le signal de sortie de l'une ou l'autre de ces deux voies pour délivrer en sortie les signaux audio codés à transmettre Chaque modulateur comprend deux amplificateurs en paral- lèle ( 112,113) ou ( 122,123), de gain égal à + 1 pour les amplifica- teurs 112 et 122 et à -1 pour les amplificateurs 113 et 123, et un commutateur 114 ou 124 reliant au filtre passe-bas 115 ou 125, pour chaque modulateur, alternativement la sortie de l'amplificateur de gain + 1 ou celle de l'amplificateur de gain -1, selon celui des deux états possibles qu'occupe un signal numérique de fréquence F 1 pour le premier modulateur 111 et de fréquence F 2 pour le deuxième modula- teur 121. Le filtre passe-bas d'entrée 105 est destiné à éviter les repliements de spectre et, à cet effet, atténue très fortement toutes les fréquences supérieures à la plus basse des deux fréquences de modulation Fi et F 2 (voir la figure 2) La fréquence de coupure de ce filtre doit être inférieure à la plus faible de ces deux fréquences F 1 et F 2 et sa pente doit être d'autant plus forte que l'on souhaite transmettre davantage de bande passante; on pourra par exemple utiliser un filtre de Cauer d'ordre 7, cet ordre étant choisi pour que la fréquence de coupure de l'ensemble dispositif de codage-dispositif de décodage soit la plus élevée possible Les signaux audio d'entrée, ainsi filtrés, peuvent alors subir une pré- accentuation dans un circuit 106, de l'ordre de 75 microsecondes par exemple, qui présente le triple avantage suivant: éviter la surcharge du canal de transmission 300 en hautes fréquences du fait du retournement du spectre de base pour la première bande latérale inférieure du spectre de fréquence modulé, atténuation des bruits de commutation qui peuvent être créés lorsque le dispositif de décodage 500 n'est pas rigoureusement en phase avec le dispositif de codage 100, amélioration du rapport signal sur bruit de l'ensemble dispositif de codage-dispositif de décodage. Le signal de sortie du filtre passe-bas d'entrée 105 -ou du circuit de préaccentuation 106 s'il est prévu entre ce filtre et l'entrée des deux voies 110 et 120 en parallèle est alors envoyé vers les deux modulateurs 111 et 121 du type à inversion de phase comme le montre la figure 1, en ce qui concerne par exemple le modulateur 111, le commutateur analogique 114 commandé par l'une des fréquences de modulation F 1 (l'autre commandant le commutateur 124) permet de sélectionner l'une ou l'autre des sorties des amplifica- teurs 112 et 113 (de gain + 1 et -1 respectivement) selon celui des deux états possibles dits haut ou bas qu'occupe le signal numérique de fréquence F 1 (de fréquence F 2 pour le modulateur 121). Compte tenu du retournement du spectre de base et de la présence d'autres bandes latérales inférieureset supérieures(voir les figures 3 a et 3 b, o les spectres sont représentés de façon dissymétrique pour bien mettre en évidence qu'il y a retournement du spectre de base) autour des fréquences successives 3 FV, 5 F,, etc dans le spectre du signal de sortie du modulateur 111, ou des fré- quences successives 3 F 2, 5 F 2, etc dans le spectre du signal de sortie du modulateur 121, les filtres passe-bas 115 et 125 sont nécessaires, en sortie des modulateurs, pour éliminer dans chacun des deux cas les bandes autres que la première bande latérale inférieure du spectre modulé; on peut ici utiliser, à cet effet, deux filtres dont la pente à la fréquence de coupure est suffisamment grande pour que l'on obtienne une modulation à bande latérale unique pour la quasi-totalité du spectre audio, par exemple des filtres de Cauer d'ordre 7. Dans chaque voie, le brouillage des signaux audio d'en- trée est donc obtenu en modulant ces signaux au rythme d'une fré- quence F 1 ou F 2 puis en filtrant le produit de modulation de façon à ne laisser subsister que la bande latérale inférieure du spectre, puis enfin en sélectionnant de façon aléatoire, à l'aide de l'in. verseur 140 et au rythme des changements d'état d'un signal binaire aléatoire envoyé vers cet inverseur par un étage 150 de génération de séquences pseudoaléatoires, le signal de sortie de l'une ou l'autre des voies 110 et 120 La sortie de l'inverseur 140 cons- titue les signaux audio codés à transmettre, par l'intermédiaire du canal de transmission 300, vers le dispositif de décodage 500 qui sera décrit plus loin. Les deux signaux numériques de fréquences F 1 et F 2 sont envoyés vers les modulateurs, 111 et 121 respectivement, par un étage 130 de génération des signaux de modulation comprenant un os- cillateur 131 suivi de deux boucles à verrouillage de phase 132 et 133 en parallèle; ces dernières sont utilisées en multiplicateurs de fréquence à partir de la fréquence pilote de l'oscillateur 131 et délivrent l'une le signal à la fréquence Fl envoyé vers le modula- teur 111 et l'autre le signal à la fréquence F 2 envoyé vers le modulateur 121 Dans un exemple de réalisation effective de l'inven- tion, les valeurs de fréquence suivantes ont été adoptées: fréquence pilote F = 800 hertz, fréquence de modulation F 1 = F x 14 = 11200 p p hertz, fréquence de modulation F 2 = F x 16 12800 hertz, la bou- cle 132 qui synthétise le signal à la fréquence F étant associée à un diviseur 134 par 14 et la boucle 133 qui synthétise le signal à la fréquence F 2 à un diviseur 136 par 16. L'étage 150 de génération de séquences pseudoaléatoires comprend également un oscillateur, ici l'oscillateur 131, suivi d'un diviseur 152 puis d'un générateur 153 de séquences numériques pseudo- aléatoires commandé par une clé de codage après réception de signaux de validation générés comme indiqué ci-dessous, le signal de sortie de ce générateur 153 commandant donc au rythme de ses changements d'état le basculement de l'inverseur 140. Enfin, pour qu'il soit possible ultérieurement d'assurer le synchronisme des séquences numériques pseudoaléatoires du disposi- tif de décodage et du dispositif de codage, il est prévu un étage 160 de génération d'un signal de synchronisation Ce signal est obtenu en modulant en amplitude le signal de sortie d'un oscillateur toutes les N secondes, à l'aide des signaux de validation L'étage 160 com- prend à cet effet l'oscillateur 131, un circuit 162 de synthèse des signaux de validation à partir du signal de sortie de cet oscillateur à la fréquence pilote, un modulateur 163 de l'amplitude du signal de sortie de l'oscillateur 131, ainsi qu'un circuit 164 de mise en forme dont la sortie constitue ledit signal de synchronisation Ce signal de synchronisation est alors regroupé avec les signaux audio codés de sortie de l'inverseur 140 pour constituer un signal composite envoyé vers le canal de transmission 300 La figure 4 montre le spectre du signal de sortie du dispositif de codage, avec d'une part la bande de fréquences correspondant aux signaux audio codés et d'autre part, au-dessous de celle-ci, la bande de fréquences correspondant à la fréquence pilote modulée, tandis que les figures 5 a à 5 d montrent respectivement les signaux de sortie de l'oscillateur 131, du circuit 162 de synthèse des signaux de validation, du modulateur 163 et du circuit 164 de mise en forme. Réciproquement, dans le dispositif de décodage 500 de la figure 6, en sortie du canal 300, on va extraire du signal composite les signaux audio codés et le signal de synchronisation Le dispositif de décodage comprend à cet effet, pour le traitement des signaux audio codés, tout d'abord un filtre passe-bas d'entrée 515 Les signaux audio codés, ainsi filtrés, atteignent un démodulateur 530 qui comprend deux amplificateurs en parallèle 531 et 532, de gain égal à + 1 et à -1 respectivement, et un commutateur 534 reliant à un filtre passe-bas 536 (éventuellement précédé d'un circuit de désaccentuation 535) alternativement la sortie de l'amplificateur 531 ou celle de l'amplificateur 532, la sortie du filtre 536 constituant les signaux audio décodés qui correspondent aux signaux audio d'entrée dont on voulait effectuer la transmission de façon secrète. Le dispositif de décodage 500 comprend d'autre part un circuit 501 d'extraction du signal de synchronisation dont le signal de sortie, représenté sur la figure 7 a, est envoyé par l'intermédiaire d'un circuit 502 de mise en forme vers deux boucles à verrouillage de phase 503 et 504 en parallèle associées (comme précédemment) respectivement à un diviseur 505 et à un diviseur 506 Les circuits 501 à 506 constituent un étage 510 de reconstruction des signaux de fréquence F 1 et de fréquence F 2, qui sont donc disponibles en sortie des boucles 503 et 504 et sont envoyés vers les deux entrées d'un inverseur 520; celui-ci sélectionne alors le signal de fréquence F 1 ou celui de fréquence F 2 selon celui des deux états possibles qu'occu- pe un signal binaire aléatoire envoyé vers cet inverseur par un étage 550 de génération de séquences pseudoaléatoires. La sortie de l'inverseur 520 est envoyée vers le démodu- lateur 530 et en commande le commutateur 534, le principe de démodu- lation consistant donc en effet à réaliser la multiplication des signaux audio codés filtrés par l'une ou l'autre des fréquences de modulation F 1 et F 2, selon celle qui a été sélectionnée par l'inver- seur 520, puis à filtrer la sortie du démodulateur 530 (dans le fil- tre 536) pour ne conserver que le spectre des signaux audio décodés tout en éliminant les signaux parasites aux fréquences F 1 + Fp et F 2 F Les figures 8 a et 8 b montrent le spectre des deux signaux d'entrée possibles du démodulateur 530, selon que la sortie de l'inverseur 520 est le signal de fréquence F 1 (cas de la figure 8 a) ou le signal de fréquence F 2 (cas de la figure 8 b), et les figures 9 a et 9 b montrent les spectres correspondants en sortie du démodula- teur, avant action du filtre passe-bas de sortie 536. Le dispositif de décodage 500 comprend enfin, pour le traitement du signal de synchronisation, l'étage 550 de génération de séquences pseudoaléatoires, composé lui-même d'un circuit 551 de dé- tection d'enveloppe, d'un circuit 552 de mise en forme des signaux de validation (les figures 7 b et 7 c montrent les signaux de sortie de ces circuits 551 et 552) et d'un générateur 553 de séquences numéri- ques pseudoaléatoires initialisé par ces signaux de validation et dont le signal d'horloge est obtenu par division de la fréquence pi- lote présente en sortie du circuit 502 dans un diviseur 555 Le si- lo gnal de sortie du générateur 553 constitue le signal binaire aléa- toire qui commande le basculement alternatif de l'inverseur 520 et donc la sélection du signal de fréquence F 1 ou celle du signal de fréquence F 2 pour envoi vers le commutateur 534 du démodulateur 530. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On peut par exemple inverser la position relative des fréquences audio codées et de la fréquence pilote Fp modulée (posi- tion qui est visible sur les figures 4, 8 a et 8 b) en utilisant pour Fp une fréquence supérieure à F 1 et F 2 Dans ce cas, les fréquences F et F 2 peuvent être synthétisées en divisant d'abord F par un 1 2 p nombre entier k, puis en multipliant F p/k par des nombres entiers 1 et m pour obtenir F 1 et F 2 respectivement. Par ailleurs, dans le cas o le système selon l'invention est appliqué au domaine de la télévision dite cryptée et est donc utilisable en association avec un récepteur de télévision (le dispo- sitif de décodage étant soit incorporé au récepteur, soit simplement raccordé à celui-ci en tant que module extérieur), les boucles à verrouillage de phase des étages 130 et 510 de génération des deux signaux de modulation de fréquence F 1 et F 2 peuvent être commandées non plus par une fréquence pilote autonome, mais par la fréquence trame FT Le générateur 553 de séquences numériques pseudoaléatoires est alors synchronisé à l'aide du signal de validation transmis dans la voie vidéo et déjà utilisé pour le cryptage de cette voie. Il est possible, également, que le temps de propagation des signaux codés ne soit pas égal au temps de propagation de la fréquence pilote F ou, dans le cas de la télévision, de la fréquence trame FT Il apparaît alors, dans les signaux décodés, au moment des commutations de la fréquence F 1 à la fréquence F 2 et inversement, des - sauts de phase qui se traduisent par des bruits de commutation L'uti- lisation d'une préaccentuation avant modulation et d'une désaccentua- tion après démodulation diminue fortement l'intensité de ces bruits. L'utilisation d'une fréquence de commutation de l'ordre du hertz ou inférieure à cette valeur diminue aussi leur perceptibilité Pour supprimer complètement ces bruits, on peut également introduire dans le décodeur un dispositif de réglage du temps de propagation de la fréquence pilote Fp ou de la fréquence trame FT, de façon à le faire coïncider avec le temps de propagation des signaux codés. En outre, le système décrit jusqu'à présent utilise un seul canal de transmission entre les dispositifs de codage et de décodage, mais il ne s'agit là nullement d'une limitation de l'in- vention Le code ayant servi au brouillage des signaux à l'émission peut par exemple être reçu par un canal de transmission différent de celui emprunté par les signaux audio codés. REVENDICAIIONS 1 Système électronique de transmission secrète de signaux audio comprenant un dispositif de codage, au nmoins un canal de trans- missionet un dispositif de décodage, caractérisé en ce que: (A) le dispositif de codage comprend les circuits suivants (a) un filtre passebas d'entrée (b) en sortie de ce filtre et en parallèle l'une sur l'autre, deux voies composées chacune d'un modulateur et d'-un filtre passe-bas, les modulateurs comprenant eux-mêmes chacun deux amplificateurs en parallèle de gain respectivement égal à + 1 et à -1 et un commutateur qui relie à l'entrée du filtre prévu en sortie de chaque modulateur alternativement la sortie de l'amplificateur de gain + 1 ou celle de l'amplificateur de gain -l selon celui des deux états possibles qu'occupe un signal de fréquence F 1 pour le premier modulateur et de fréquence F 2 pour le deuxième modulateur; (c) un étage de génération des deux signaux de modulation de fréquences F 1 et F 2 (d) un premier inverseur qui reçoit les sor- ties des deux voies et sélectionne le signal de sortie de l'une ou l'autre de ces voies alternativement selon celui des deux états possibles qu'occupe un signal binaire envoyé vers cet inverseur par un premierétage de génération de séquences pseudoaléatoires, la sortie de cet inverseur constituant les signaux audio codés à transmettre (B) le dispositif de décodage comprend les circuits suivants: (e) un étage de reconstruction des signaux de fréquences F 1 et F 2; (f) un deuxième inverseur qui reçoit les signaux de fréquences F 1 et F 2 et sélectionne l'un ou l'autre selon celui des deux états possibles qu'occupe un signal binaire envoyé vers cet inverseur par un deuxième étage de génération de séquences pseu- doaléatoires synchrone de l'étage de génération similaire utilisé à l'émission; (g) un démodulateur comprenant lui-même deux amplificateurs en parallèle de gain respectivement égal à + 1 et à -1, il qui reçoivent les signaux audio codés, et un commutateur qui reçoit le signal de sortie du deuxième inverseur et qui relie à l'entrée d'un filtre passe-bas de sortie alternativement la sortie de l'amplifica- teur de gain + 1 ou celle de l'amplificateur de gain -1 selon l'état de celui des deux signaux numériques de fréquences F et F 2 qui est présent en sortie de cet inverseur, la sortie du filtre passe-bas de sortie constituant les signaux audio décodés correspondant aux signaux audio d'origine. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un circuit de préaccentuation est prévu dans le dispositif de codage entre la 'sortie du filtre passe-bas d'entrée et l'entrée des deux voies et en ce qu'un circuit de désaccentuation est prévu dans le dispositif de décodage entre la sortie du démodulateur et l'entrée du filtre passe-bas de sortie. 3 Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les étages de génération des deux signaux de modulation de fréquences F 1 et F 2 comprennent un oscillateur suivi de deux boucles à verrouillage de phase qui délivrent respectivement le signal de fréquence F 1 et celui de fréquence F 2, et en ce que les étages de génération de séquences pseudoaléatoires comprennent un générateur de séquences numériques pseudoaléatoires commandé par une clé de codage après validation de celle-ci. 4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une fréquence pilote F est transmise en même temps que les signaux p audio codés pour permettre la génération des fréquences F 1 et F 2 choisies égales à des multiples de Fp ou d'un sous-harmonique de Fp, et en ce que cette fréquence pilote est modulée de façon à assurer le synchronisme des générateurs de séquences numériques pseudoaléa- toires à l'aide d'un étage de génération du signal de synchronisation comprenant un oscillateur suivi d'un modulateur d'amplitude et d'un circuit de mise en forme. Système selon la revendication 3, utilisable dans le domaine de la télévision dite cryptée en association avec un récep- teur de télévision, caractérisé en ce que les étages de génération des deux signaux de modulation de fréquences F 1 et F 2 comprennent deux boucles à verrouillage de phase commandées par la fréquence trame FT pour délivrer respectivement le signal de fréquence F 1 et celui de fréquence F 2, et en ce que le synchronisme des générateurs de séquences numériques pseudoaléatoires utilisés à l'émission et à la réception est assuré par un signal de validation transmis dans la voie vidéo et déjà utilisé pour le cryptage de cette voie. 6 Système selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'un dispositif de réglage du temps de propagation de la fréquence pilote F ou de la fréquence trame FT est prévu dans le dispositif de décodage pour annuler ou réduire les bruits de commutation. 7 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de décodage est incorporé au récepteur de télévision.