數(shù)字信號(hào)在語(yǔ)音信道中的傳輸算法研究.pdf

1、由于語(yǔ)音通話安全防范措施的缺失，近年來移動(dòng)端到端的語(yǔ)音通信安全問題已受到越來越多的關(guān)注。通過加密技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加密保證了語(yǔ)音信息在移動(dòng)端到端間通信的安全性以及直接性，由于加解密過程中的操作容易性、加密速度性以及加密穩(wěn)定性等原因，對(duì)于數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的加密技術(shù)是主要的語(yǔ)音信息的加密方式。需要說明的是，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)是進(jìn)行數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)加密前的必要工作。由于通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信道無法保證數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)亩虝r(shí)性和實(shí)時(shí)性，并且會(huì)與國(guó)際網(wǎng)絡(luò)出

2、現(xiàn)互通問題，因而需要借助語(yǔ)音信道來進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸。
　　語(yǔ)音信道是多用來傳輸話音信號(hào)的模擬信道，模擬話音信號(hào)與數(shù)字信號(hào)在內(nèi)容組成、頻帶范圍等方面存在很大差異，尤其是，模擬語(yǔ)音信號(hào)有數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)所沒有的類似真實(shí)語(yǔ)音的特征。語(yǔ)音信道的關(guān)鍵部分是聲碼器，只有具備類語(yǔ)音特征的信號(hào)才能較好的通過聲碼器。因此，如果一般的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)沒有類似真實(shí)語(yǔ)音的特征，那么這種數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)在通過語(yǔ)音信道的聲碼器時(shí)就有可能被當(dāng)作噪聲而丟棄，從而在接收端對(duì)

3、數(shù)字信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生較大的誤碼，進(jìn)而對(duì)合成語(yǔ)音造成嚴(yán)重失真。所以說，如何進(jìn)行調(diào)制傳輸使數(shù)字信號(hào)在語(yǔ)音信道上可靠傳輸，并且保證語(yǔ)音信號(hào)的安全性，這才是移動(dòng)端到端語(yǔ)音信號(hào)保密通信的關(guān)鍵技術(shù)。
　　對(duì)于在語(yǔ)音信道中傳輸數(shù)字信號(hào)過程中出現(xiàn)的問題，我們主要做了以下幾方面的貢獻(xiàn)：
　　（1）利用混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)，也就是 MELP（Mixed Excitation Linear Prediction）方式，我們可以通過語(yǔ)音壓縮編碼的方式

4、來對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音壓縮的編碼，在編碼完成后，再進(jìn)行SM2橢圓曲線公鑰密碼算法方法的加密，這樣便保證了語(yǔ)音信號(hào)傳輸過程中的安全性。
　　（2）對(duì)于類似真實(shí)語(yǔ)音調(diào)制過程中存在的各種各樣的問題，我們提出了在發(fā)送端對(duì)所需要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信道編碼、正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）類語(yǔ)音調(diào)制和快速傅里葉變換（FFT，F(xiàn)ast Fourier Transform

5、）插值這三個(gè)模塊的處理，通過以上三個(gè)模塊的處理，我們便可以優(yōu)化類似真實(shí)語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制的過程，從而使所需傳輸?shù)臄?shù)字語(yǔ)音信號(hào)可以具備類似真實(shí)語(yǔ)音的特征。也就使語(yǔ)音信號(hào)可以在GSM語(yǔ)音信道中可以可靠、穩(wěn)定、安全的傳輸。特別地，本文對(duì)OFDM類語(yǔ)音調(diào)制和FFT插值所需要的參數(shù)設(shè)置方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和取值分析。
　　（3）在此基礎(chǔ)上，本文給出了在 GSM語(yǔ)音信道中抗聲碼器壓縮的數(shù)字信號(hào)安全傳輸?shù)南到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并討論了該系統(tǒng)應(yīng)用于3G和4G系統(tǒng)的理

6、論可行性。
　?。?）最后，在MATLAB仿真環(huán)境下對(duì)本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分別在GSM語(yǔ)音信道中和3G語(yǔ)音信道中進(jìn)行了仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。從我們仿真的結(jié)果可以看出，在GSM語(yǔ)音信道的仿真環(huán)境中，我們利用MELP語(yǔ)音信號(hào)壓縮編碼技術(shù)將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，與此同時(shí)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)通過SM2加密以及類似真實(shí)語(yǔ)音的調(diào)制，最后該數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)能夠以近似真實(shí)語(yǔ)音信號(hào)的形式在GSM語(yǔ)音信道中傳輸，接收端收到的語(yǔ)音信號(hào)的誤碼