一种基于频谱映射的端到端语音加解密系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种基于频谱映射的端到端语音加密系统，包括LPC分析模块，用于数字语音信号进行线性预测LPC分析得到LPC系数；LPC转LSF模块，用于将LPC系数转换为线性谱频率LSF系数；LSF映射模块，用于对LSF系数按照给定的密钥进行映射变换；LSF转LPC模块，用于将映射后的LSF系数转换为LPC系数；LPC滤波模块，用于将输入的数字语音信号滤波得到预测残差信号；LPC合成模块，用于根据映射变换后的LPC系数构造合成滤波器，预测残差信号通过构造的合成滤波器得到加密后的语音信号。保证了加密语音信号的语音特征，实现有效的语音加密。
【专利说明】
一种基于频谱映射的端到端语音加解密系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种语音加解密系统，具体地涉及一种基于线性预测编码和频谱映射 的语音加解密系统。
【背景技术】
[0002] 语音是人类获取信息的重要手段，语音通信是现代通信中最有效最方便的手段之 一。随着通信技术的发展，各种各样的语音通信出现在人们的生活中。但是现实生活中的语 音通信难免地会受到安全威胁，如窃听、电话跟踪、电话劫持和拒绝服务等。因此，语音加密 对于保证语音的安全十分重要。语音加密的重要性表现在两个方面:一方面，随着人们保护 自己隐私权意识逐步上升，对语音加密的重视程度越来越高；另一方面，在军事通信、商业 洽谈、政治谈判等特殊应用中，信息一旦被泄露，将会造成巨大损失，在这里语音加密十分 必要。
[0003] 然而，传统的移动通信缺乏端到端的加密机制，移动网络节点设备间传输的为经 过模数转换的明文信息，被窃听的风险极高。现有的移动通信过程一般经历手机端语音信 号的模数转化、编码传输、基站解码再编码技术，手机端解码数模转换为语音信号等几个过 程。而现有的加密手段多在编码过程之后进行加密，再通过基站的解密解码再编码加密，这 种加密方式是建立在核心网络部分安全可信的前提下，因为只考虑了无线信道部分的安 全，其明文信息对基站可见，导致系统不能为用户提供端到端的安全通信。编码后加密的方 式不可否认的具有加密数据少，占用信道小等优点，但其对基站透明的特点使得这种加密 方式仍存在被窃听的风险。
[0004] 中国专利文献CN201210055857公开了一种语音加密系统，提出了一种语音加密算 法，首先对语音信号按照设定长度分段进行时域到频域的转换，然后在频域对语音信号频 率分组置乱，最后将频域转换为时域形成加密后的语音信号。虽然可以在一定程度上降低 被窃听的风险，但是，经过理论分析与实验证明，该方法合成的加密语音信号对加解密两端 的同步要求高，实用性较差，无法广泛的应用。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术存在的问题，本发明目的是:提供一种基于频谱映射的端到端 语音加解密系统，基于线性预测编码和频谱映射，在加密端对数字语音信号进行线性预测 (LPC)分析得到LPC系数，然后将LPC系数转换为线性谱频率(LSF)系数，对LSF系数按照给定 的密钥进行映射变换，再将映射后的LSF系数转换为LPC系数，并构造出合成滤波器;另一方 面，原始语音通过线性预测，得到预测残差信号，最后将预测残差信号通过由映射变换后的 LPC系数所构造的合成滤波器得到加密后的语音信号，保证了加密语音信号的语音特征，实 现有效的语音加密。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种基于频谱映射的端到端语音加密系统，其特征在于，包括LPC分析模块，用于 数字语音信号进行线性预测LPC分析得到LPC系数;LPC转LSF模块，用于将LPC系数转换为线 性谱频率LSF系数;LSF映射模块，用于对LSF系数按照给定的密钥进行映射变换;LSF转LPC 模块，用于将映射后的LSF系数转换为LPC系数;LPC滤波模块，用于将输入的数字语音信号 滤波得到预测残差信号;LPC合成模块，用于根据映射变换后的LPC系数构造合成滤波器，预 测残差信号通过构造的合成滤波器得到加密后的语音信号。
[0008] 优选的，LPC分析模块通过以下步骤得到LPC系数：
[0009] 线性预测LPC为用过去p个样点值s(n)来预测现在或未来样点值爱㈨=Σ??Η - ?)? 预测误差ε(η)为： Ρ
[0010] ε(?ι) = s(n) - S(it): = s(n) - ^ ajS(n - i) i=l
[0011 ]其中，ai为线性预测系数，n为自然数；
[0012] 线性预测LPC的Yule-Walker方程： 'Ψχχ?.^ Ψχχ?^) ·'·切;《(Ρ) 1「1 1 「erf.
[0013] Ψχχ^Χ) Ψχχ(.^) Ψχχ?Ρ ~ 1) ^ρ? _ 〇 -ψχχ(ρ) ψχχ(ρ ~ 1) - -^pp- - ο -
[0014] Levinson-Durbin 算法递推公式为：
[001 6] Bki - 34-1，i+akkak-l，k-i，i - 1，2，…，k_l
[0017] σ| = (1 - |α^|2)σ1_!，σ〇 = φχχ(〇)
[0018] 由此可以求解出两阶线性预测的预测系数ai，i = l，2, . . .，p。
[0019] 优选的，所述LPC系数转换为线性谱频率LSF系数包括以下步骤：
[0020] ρ阶线性预测滤波器函数为：
[0022] 定义，P(z)=A(z)+z-(p+1)A(z-(p+1)A(z-〇
[0023] 贝丨 J
[0024] 当阶数ρ为偶数时有：
[0027] 当阶数ρ为奇数时有：
[0028] ρ7 (ζ) =Ρ(ζ)
[0030] P' (z)和Q' (z)为对称的偶次多项式，根为复值共辄对，只需确定位于上半圆的根 即可，设在上半圆K (z)和Qlz)的根为6>14 = 1，2，一，？，其线谱频率为根的角频率0<?1 <JT;
[0031] 当阶数P为偶数时令
[0032] Μι = ρ/2,Μ2 = ρ/2
[0033] 当阶数p为奇数时令
[0034] Μι=(ρ+1)/2,Μ2=(ρ-1)/2
[0035] 利用泰勒级数展开原理，将共辄零点对数分别为施和此对应的K (z)和V (z)展开， 有M1+M2 = p，用z = e#代入，并利用余弦定理转换有：
[0036] Ρ/7( ω )=2cosMi〇+2P/ (l)cos(Mi-l) 〇+---+2?7 (Mi-1 )cos ω+P7 (Μι)
[0037] 〇^( ω )=2(3081^0+207 (l)cos(Mi-l) 0+...+2?7 (Mi-Dcosco+Q' (Μι)
[0038] 再令x = cos ω，将上式用Chebyshev多项式Tm(x) = cos(mx)展开有：
[0039] P//(x)=2Tmi(x)+2P/ (1)Τμι-ι(χ)+···+2Ρ/ (Mi-1 )Ti(x)+P/ (Mi)
[0040] Q//(x)=2Tmi(x)+2Q/ (1)Tmi-i(x)+---+2Q/ (Mi-1 )Ti(x)+Q/ (Mi)
[0041 ]第邮介义的Chebyshev多项式Tm(x)满足递推Tm(x) = 2xTk-i(x)_Tk-2(x)，初值 Tq(x) =1，Ti(x) = x，求x在[1，-l]区间内，搜索P〃（x) = 0和Q〃（x) = 0的根植{xi}，而对应的LSF的 参数值《1由wi = arccosxi来确定。
[0042] 优选的，所述LSF映射模块的映射变换包括线性映射和非线性映射，其中线性映射 分为平移映射、旋转映射、相似映射、反演映射，非线性映射即利用各类非线性算子实现映 射。
[0043] 优选的，所述LSF系数转换为LPC系数，包括以下步骤：
[0044] 由LSF参数ω i逆向推导Chebyshev多项式来求解，LSF参数值叫，令xk = cos c〇k，k = 1,2,…，p得中间式
[0047] 按原推导过程对应关系，由P〃（x)逆推得Ρ'(ω)和Κ(ζ)，同样由Q〃（x)逆推得Q (ω )和Q(z)进而逆推导可得P(z)和Q(z):
[0048] Ρ(ζ)=Ρ7 (ζ)*(1+ζ_1)
[0049] Q(z) =Q7 (z)*( 1-z-1)
[0050] 则有：
[0051] A(z) = (P(z)+Q(z))/2
[0052] 由 A(z)可得 LPC 参数 ai。
[0053] 优选的，还包括加窗分帧模块，用于对输入的数字语音信号加窗分帧处理，即用窗 函数w(n)乘以s(n)，使得加窗语音信号s w=s(n)*w(n)。
[0054] 本发明还公开了一种基于频谱映射的端到端语音解密系统，其特征在于，包括LPC 分析模块，用于对加密后的数字语音信号进行线性预测LPC分析得到LPC系数;LPC转LSF模 块，用于将LPC系数转换为线性谱频率LSF系数;LSF逆映射模块，用于对LSF系数按照密钥进 行逆映射变换;LSF转LPC模块，用于将逆映射后的LSF系数转换为LPC系数;LPC滤波模块，用 于将输入的加密数字语音信号滤波得到预测残差信号;LPC合成模块，用于根据逆映射变换 后的LPC系数构造合成滤波器，预测残差信号通过构造的合成滤波器得到原始的语音信号。
[0055]本发明有公开了一种基于频谱映射的端到端语音加解密系统，其特征在于，包括 将模拟信号转换为数字信号的A/D转化模块，对数字信号进行加密的加密模块，对加密后的 语音信号进行编码的信源编码模块，对信源编码信号加入前向纠错码进行前向纠错编码的 信道编码模块，对信道编码后的信号进行调制的调制模块，对加密的语音信号解调为基带 信号的解调模块，对基带信号前向纠错的信道解码模块，进行解码的信源解码模块，对信号 进行解密的解密模块，用于进行数模转换的D/A转换模块;所述加密模块为权利要求1所述 的语音加密系统，所述解密模块为权利要求7所述的语音解密系统。
[0056] 优选的，还包括信号调理电路，所述信号调理电路包括RC低通滤波电路和稳压电 路。
[0057]与现有技术相比，本发明的优点是：
[0058] 1、本发明是基于线性预测编码和频谱映射的语音加密系统，在加密端对数字语音 信号进行线性预测(LPC)分析得到LPC系数，然后将LPC系数转换为线性谱频率(LSF)系数， 对LSF系数按照给定的密钥进行映射变换，再将映射后的LSF系数转换为LPC系数，并构造出 合成滤波器;另一方面，原始语音通过线性预测，得到预测残差信号，最后将预测残差信号 通过由映射变换后的LPC系数所构造的合成滤波器得到加密后的语音信号，保证了加密语 音信号的语音特征，实现有效的语音加密。
[0059] 2、解密过程是加密过程的逆过程。解密端对加密后的数字语音信号线性预测 (LPC)得到加密信号的LPC系数，然后将LPC系数转化为线性谱频率(LSF)系数，对LSF系数按 照密钥逆映射，再将逆映射后的LSF系数转换为LPC系数，并构造出语音合成滤波器;与此同 时，加密语音通过线性预测，得到预测的残差信号，最后将预测残差信号通过由逆映射变化 后的LPC系数构造的合成滤波器得到原始语音信号，简单而高效地恢复出原始信号。对加解 密两端的同步要求低，实用性较好，具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0060] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
[0061 ]图1为本发明语音加密系统的原理框图；
[0062] 图2为本发明语音解密系统的原理框图；
[0063] 图3为本发明语音加解密系统的语音传输原理框图；
[0064]图4为本发明语音加解密系统的结构框图；
[0065] 图5为原始语音信号波形图；
[0066] 图6为加密语音信号波形图；
[0067]图7为解密语音信号波形图。
【具体实施方式】
[0068] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本 发明的概念。
[0069] 实施例：
[0070] 如图1所示，待加密的信号为数字语音信号，根据语音信号的短时平稳性能，为了 便于对语音信号特征参数的分析，需要对语音信号进行分帧，此处采用的分帧方法为加窗 分帧技术。与此同时，帧与帧之间平滑过渡，保证语音信号的连续性，分帧后的信号为S(n)。
[0071] 首先对语音信号帧s(n)作线性预测(LPC)分析，其p阶线性预测系数&1*Ι^ν?η 8〇η Durbin算法利用自相关函数求出。考虑到线性谱频率LSF系数具有良好的量化特性和插值 特性，并且线性谱频率LSF可以很好地与频谱保留的共振峰的位置和带宽相对应，因此在语 音处理中常常直接对LSF进行控制和处理，因此本文是直接对LSF系数映射转换。本文利用 Chebyshev法将求出的LPC系数转为线谱对LSF参数。按照给定的密钥选择合适的映射方式 对LSF系数映射，此处是语音加密的主要实现部分。最后将映射后的LSF转换为LPC系数，构 成合成滤波器，用于合成加密后的语音信号。
[0072] 另一方面，原始语音通过线性预测，得到预测残差信号e(n)，最后将预测残差信号 e(n)通过由映射变换后的LPC系数所构造的合成滤波器得到加密后的语音信号。至此，实现 了原始语音信号的加密。
[0073] 如图2所示，解密过程是加密过程的逆过程。解密端对加密后的数字语音信号线性 预测(LPC)分析，得到加密信号的LPC系数，然后将LPC系数转化为线性谱频率(LSF)系数，按 照提供的密钥对LSF系数逆映射，恢复出原始语音信号的LSF系数。为合成原始语音信号，需 要再将LSF系数转换为LPC系数，并构造出语音合成滤波器;与此同时，加密语音通过线性 预测，得到预测的残差信号，最后将预测残差信号通过由逆映射变化后的LPC系数构造的合 成滤波器得到原始语音信号，简单而高效地恢复出原始信号。
[0074]具体实现方法：
[0075] 由于语音信号的短时平稳性，为了避免截断效应的产生，通常需要对输入的语音 信号加窗分帧处理，同时也需要保证语音信号帧与帧之间的连续性。
[0076] 分帧是用可以动的有限长度窗口进行加权的方法来实现的，即用窗函数w(n)乘以 s(n)，使得加窗语音信号sw=s(n)*w(n) ·
[0077] 语音信号数字处理中常用的窗函数时矩形窗和汉明窗，表达式如下：
[0078] 矩形窗： _9] =其他值(1)
[0080] 汉明窗： r〇. 54 - 0.46 cos[2un/(N - 1)], 0 < n < (N - 1) 剛-Η 〇,η =其他值 ⑴
[0082]其中，N为帧长，η为自然数。
[0083] (1)线性预测分析
[0084] 线性预测的基本思想是用过去p个样点值s(n)来预测现在或未来样点值:S(M)::
[0085] s(n) - ΣΓ=1 diS(n - ?) (3)
[0086] 预测误差ε(η)为：
[0087] ε(η) = 5(n) - s(n) = s(n) - YFi=1 di.s(n - i) (4)
[0088] 其中，ai，i = 1，2，…，p为线性预测系数，可由Levinson-Durbin算法求出， Levinson-Durbin算法利用自相关矩阵的对称性和Toepltz性质提出了高效的递推算法。
[0089] 线性预测的Yule-Walker方程 Ψχχ(?)…1 1 ?σ?
[0090] 'Ρλ·χ(〇) ΨχχΧΡ ~ 1) -Ψχχ?Ρ) Ψχχ(Ρ - 1) ·*· Ψχχ(〇') \iapp\ U-
[0091 ]从方程中可以看出，它共有ρ+1个方程，当k = 0，l，2,…，已知时，可以 解得aPk[k= 1，2，…，p]以及样P+1个未知量。Levinson-Durbin算法递推公式为：
L〇〇93」 aki = ak-i，i+akkak-i，k-i，i = l，2，···，k_l (7)
[0094] σ| = (1 - \a.kk\2 = φχχ(〇)(8)
[0095] 由此可以求解出两阶线性预测的预测系数ai，i = 1，2，…，p，式中1为中间变量。
[0096] (2)LPC系数转换为LSF系数
[0097] 本文思想是将LPC系数转换为LSF系数，对LSF系数进行加密，再将加密后的LSF系 数转化为LPC系数，合成加密后的语音信号，保证合成后的加密语音信号包含有语音特性， 所以需要将LPC系数转换为LSF系数。
[0098] 第i阶线性预测误差滤波器传递函数的递推关系为：
[0099] Ai(z)=Ai_1(z)-kiZ_1A i_1(z_1) (9)
[0100] 则有P阶线性预测滤波器函数为：
[0101] 4〇) = 1 - = 1,2,…p (10)
[0102] 定义：
[0103] P(z) =A(z)+z-(p+1)A(z-4 (ll)Q(z)=A(z)_z- (p+1)A(z-工）
[0104] 所以：
[0106] 可以证明，当A(z)的零点在Z平面单位圆内时，P(z)和Q(z)的零点都在单位圆上， 并且P(z)和Q(z)有共辄复根和零点沿着单位圆随ω的增加交替出现。P( z)必定有一个根z =-1( ω =jt)，Q(z)必定有一个根z = _l。
[0107] 设P(z)的零点的零点为e#01，由于P(z)和Q(z)的零点都在单位圆上， 所以这些零点可以直接用频率来表示：
[0108] 〇< ω?<θ?<···< Wp/2<0p/2<jT (13)
[0109] ?，"，成对出现，反映了谱的特性，所以称之为线谱对(LSP)，由于LSF参数是频域 参数，所以它和语音信号谱包络的峰有更紧密的联系。
[0110]当阶数p为偶数时有
[0113] (14)
[0114] 当阶数p为奇数时有
[0115] P7 (z)=P(z)
[0117] (15)
[0118] P'(z)和Q'(z)为对称的偶次多项式，根为复值共辄对，只需确定位于上半圆的根 即可。设在上半圆K (z)和Qlz)的根为6>14 = 1，2，一，？，其线谱频率为根的角频率0<?1 <π0
[0119] 当阶数ρ为偶数时令
[0120] Mi = p/2，M2 = p/2 (16)
[0121] 当阶数ρ为奇数时令
[0122] Mi=(p+l)/2，M2=(p-l)/2 (17)
[0123] 利用泰勒级数展开原理，将共辄零点对数分别为施和此对应的Κ (ζ)和V (ζ)展开， 有Μ1+Μ2 = ρ。用z = e#代入，并利用余弦定理转换有
[0124] Ρ/7( ω )=2cosMi〇+2P/ (l)cos(Mi-l) 〇+---+2?7 (Mi-1 )cos ω+P7 (Μι)
[0125] 〇^( ω )=2(3081^0+207 (l)cos(Mi-l) 0+...+2?7 (Mi-Dcosco+Q' (Μι)
[0126] (18)
[0127] 再令x = cos ω，将上式用Chebyshev多项式Tm(x) = cos(mx)展开有
[0128] P//(x)=2Tmi(x)+2P/ (1)Τμι-ι(χ)+···+2Ρ/ (Mi-1 )Ti(x)+P/ (Mi)
[0129] Q//(x)=2Tmi(x)+2Q/ (1)Tmi-i(x)+---+2Q/ (Mi-1 )Ti(x)+Q/ (Mi)
[0130] (19)
[0131 ]第邮介义的Chebyshev多项式Tm(x)满足递推Tm(x) =2xTk-i(x)_Tk-2(x)，初值To(x)= 1，Ti(x)=x，利用搜索法求出LSF参数值。以上Chebyshev多项式解法实质是求x在[1，-l]区 间内，搜索P〃（X) =〇和Q〃（X) =〇的根植{xi}，而对应的LSF的值即可由ω i = arccosxi来确 定。
[0132] LSF分析是用P个离散频率来表示语音信号频谱特性的一种方法，LSF系数偏差只 对该频率附近的语音频谱产生影响，而对其他频率上的LSF语音频谱影响不大。
[0133] (3)LSF映射变换
[0134] 根据提供的密钥对LSF系数映射变换即为加密的主要过程。数据映射包括线性映 射和非线性映射，其中线性映射可以分为平移映射、旋转映射、相似映射、反演映射等。
[0135] 本文主要根据对LSF系数ω 1的映射实现线谱频率的映射变换过程，其中密钥为映 射因子。由于LSF系数〇^在〇~π范围内，所以本文采用的是旋转映射，根据提供的密钥实现 对LSF系数的映射变换。
[0136] (4)LSF系数转化为LPC系数
[0137] 对于LSF转换成LPC，由LSF参数ω!和0!逆向推倒Chebyshev多项式来求解，LSF参数 值《k，令xk = cos C0k，k=l，2,…，p得中间式：
[0140]按原推导过程对应关系，可以由P〃（x)逆推得Κ(ω)和Κ(ζ)，同样由Q〃（x)逆推得 Q( ω )和Q(z)进而按方程(11)逆推导可得P(z)和Q(z)，而有：
[0141] P(z) =P'（z)*( 1+z-"
[0142] q(z)=q'（z)*(i-z-i) (22)
[0143] 则有：
[0144] A(z) = (P(z)+Q(z))/2 (23)
[0145] 则由A(z)可得LPC参数ai和ki。
[0146] 如图3所示，在实际应用中，语音加解密系统包括发送端和接收端。
[0147] 发送端发送的语音信号为模拟信号，需要经过A/D采样将模拟信号转换为数字信 号，对数字语音信号进行加密，然后对加密后的语音信号进行编码，加入前向纠错码(FEC)， 再对带发送的基带语音信号经过调制模块方可进入信道进行传输。
[0148] 接收端收到的是由信道传来的加密语音模拟信号。首先需要对收到的加密语音信 号解调为基带信号，对基带信号前向检错(FED)，再经过解码模块做相应解码，最后经过解 密模块恢复出原始数字语音信号，对数字语音信号经过D/A转换模块进行数模转换，还原原 始语音信号。
[0149] 语音加解密系统的硬件设计的结构如图4所示，采用中央处理器实现加密模块与 解密模块、编码模块与解码模块、调制模块与解调模块等。
[0150] 在语音加解密过程中，由模拟语音信号输入经A/D转换模块采样之后，利用中央处 理器的串口通讯模块获取采样后的数字信号。利用加密模块对输入的信号进行加密。为了 降低传输带宽，需要对加密后的数字语音信号压缩编码。最后进过调制模块发送到信道中。 图5为原始语音信号的波形图，使用本发明加密方法进行加密处理后得到的波形图如图6所 不。
[0151] 在语音解密过程中，其过程与加密相反。利用中央处理器对收到的语音信号解调 为基带信号，做相应解码，根据密钥对解码后的信号解密，将数字信号通过串口由D/A输出 为解密后的模拟语音信号。解密语音信号的波形图如图7所示。与图5对比可知，这段语音在 解密之后，其中包含的语音信息能被完整的恢复出来了。
[0152] 本系统要求实现对输入语音信号的加密功能，为使输入信号适合信号隔离模块的 输入，必须对输入信号进行调理，使其满足隔离电路使用的TTL电平。
[0153] 为消除输入信号的高频抖动，系统采用数字滤波和模拟滤波两种方式进行去抖 动，在信号调理模块主要采用RC低通滤波电路来实现。因此本系统中的信号调理电路采用 RC低通滤波电路和稳压电路组成，具有过流保护、浪涌保护、对输入信号滤波去毛刺干扰、 调整信号幅度满足后端电路处理等功能。
[0154] 本语音加解密系统选择专用芯片实现方式中，可以选择DSP作为主处理器，实现语 音加密、编码、调制、解调、解码、解密等功能。
[0155] 应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的 原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨 在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修 改例。
【主权项】
1. 一种基于频谱映射的端到端语音加密系统，其特征在于，包括LPC分析模块，用于数 字语音信号进行线性预测LPC分析得到LPC系数;LPC转LSF模块，用于将LPC系数转换为线性 谱频率LSF系数;LSF映射模块，用于对LSF系数按照给定的密钥进行映射变换;LSF转LPC模 块，用于将映射后的LSF系数转换为LPC系数;LPC滤波模块，用于将输入的数字语音信号滤 波得到预测残差信号;LPC合成模块，用于根据映射变换后的LPC系数构造合成滤波器，预测 残差信号通过构造的合成滤波器得到加密后的语音信号。2. 根据权利要求1所述的语音加密系统，其特征在于，LPC分析模块通过W下步骤得到 LPC系数： 线性预^ULPC为用过去P个样点值s(n)来预巧厕在或未来样点值S'(n)二巧 =1听-巧， 预测误差ε(η)为：其中，a功线性预测系数，η为自然数； 线性预测LPC的化le-^dker方程：由此可W求解出两阶线性预测的预测系数ai，i = l，2,…，P。3. 根据权利要求1所述的语音加密系统，其特征在于，所述LPC系数转换为线性谱频率 LSF系数包括W下步骤： P阶线性预测滤波器函数为：当阶数P为奇数时有：P' (Z)和Q' (z)为对称的偶次多项式，根为复值共辆对，只需确定位于上半圆的根即可， 设在上半圆P/ (Z)和分（Z)的根为e^i，i = 1，2，…，P，其线谱频率为根的角频率0< ω lOi; 当阶数P为偶数时令 Mi = p/2,M2 = p/2 当阶数P为奇数时令 Mi= (P+1)/2,M2= (p-l)/2 利用泰勒级数展开原理，将共辆零点对数分别为化和M2对应的P/ (z)和皆（z)展开，有Ml +M2 = p，用z = e^w代入，并利用余弦定理转换有：第m阶X的Qiebyshev多项式Tm(x)满足递推Tm(x) = 2xTk-i(x)-Tk-2(x)，初值Τ〇(χ) = 1，Ti (x)=x，求X在[1，-1]区间内，捜索P"(x) = 0和Q"(x) = 0的根植{xi}，而对应的LSF的参数值 ω i由ω i =曰rccosxi来确定。4. 根据权利要求1所述的语音加密系统，其特征在于，所述LSF映射模块的映射变换包 括线性映射和非线性映射，其中线性映射分为平移映射、旋转映射、相似映射、反演映射，非 线性映射即利用各类非线性算子实现映射。5. 根据权利要求3所述的语音加密系统，其特征在于，所述LSF系数转换为LPC系数，包 括W下步骤： 由LSF参数ω i逆向推导化ebyshev多项式来求解，LSF参数值ω k，令xk=cos ω k,k= 1， 2,…，p得中间式按原推导过程对应关系，由P" (X)逆推得P/ ( ω )和p/ (z)，同样由Q" (X)逆推得Q( ω )和Q (z)进而逆推导可得P(z)和Q(z): P(z)=P' (z)*(l+z_i) Q(z)=Q'(z)*(l-z-i) 则有： A(z) = (P(z)+Q(z))/2 由A (z)可得LPC参数ai。6. 根据权利要求1所述的语音加密系统，其特征在于，还包括加窗分帖模块，用于对输 入的数字语音信号加窗分帖处理，即用窗函数w(n)乘Ws(n)，使得加窗语音信号sw=s(n)* w(n) ο7. -种基于频谱映射的端到端语音解密系统，其特征在于，包括LPC分析模块，用于对 加密后的数字语音信号进行线性预测LPC分析得到LPC系数;LPC转LSF模块，用于将LPC系数 转换为线性谱频率LSF系数;LSF逆映射模块，用于对LSF系数按照密钥进行逆映射变换;LSF 转LP对莫块，用于将逆映射后的LSF系数转换为LPC系数;LPC滤波模块，用于将输入的加密数 字语音信号滤波得到预测残差信号;LPC合成模块，用于根据逆映射变换后的LPC系数构造 合成滤波器，预测残差信号通过构造的合成滤波器得到原始的语音信号。8. -种基于频谱映射的端到端语音加解密系统，其特征在于，包括将模拟信号转换为 数字信号的A/D转化模块，对数字信号进行加密的加密模块，对加密后的语音信号进行编码 的信源编码模块，对信源编码信号加入前向纠错码进行前向纠错编码的信道编码模块，对 信道编码后的信号进行调制的调制模块，对加密的语音信号解调为基带信号的解调模块， 对基带信号前向纠错的信道解码模块，进行解码的信源解码模块，对信号进行解密的解密 模块，用于进行数模转换的D/A转换模块;所述加密模块为权利要求1所述的语音加密系统， 所述解密模块为权利要求7所述的语音解密系统。9. 根据权利要求8所述的语音加解密系统，其特征在于，还包括信号调理电路，所述信 号调理电路包括RC低通滤波电路和稳压电路。
【文档编号】G10L19/13GK106098073SQ201610343796
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】胡剑凌, 李杨, 张霞, 陈建荣, 张强庆, 方健
【申请人】苏州大学