數(shù)字信號在語音信道中的傳輸算法研究.pdf

1、由于語音通話安全防范措施的缺失，近年來移動端到端的語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)對語音信號進行加密保證了語音信息在移動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，對于數(shù)字語音信號的加密技術(shù)是主要的語音信息的加密方式。需要說明的是，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號是進行數(shù)字語音信號加密前的必要工作。由于通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信道無法保證數(shù)字信號傳輸?shù)亩虝r性和實時性，并且會與國際網(wǎng)絡(luò)出

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

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

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

5、）插值這三個模塊的處理，通過以上三個模塊的處理，我們便可以優(yōu)化類似真實語音信號調(diào)制的過程，從而使所需傳輸?shù)臄?shù)字語音信號可以具備類似真實語音的特征。也就使語音信號可以在GSM語音信道中可以可靠、穩(wěn)定、安全的傳輸。特別地，本文對OFDM類語音調(diào)制和FFT插值所需要的參數(shù)設(shè)置方法進行了設(shè)計和取值分析。
　?。?）在此基礎(chǔ)上，本文給出了在 GSM語音信道中抗聲碼器壓縮的數(shù)字信號安全傳輸?shù)南到y(tǒng)實現(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。
　　（4）最后，在MATLAB仿真環(huán)境下對本文所設(shè)計的系統(tǒng)分別在GSM語音信道中和3G語音信道中進行了仿真，并對仿真結(jié)果進行了分析。從我們仿真的結(jié)果可以看出，在GSM語音信道的仿真環(huán)境中，我們利用MELP語音信號壓縮編碼技術(shù)將模擬語音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字語音信號，與此同時將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字語音信號通過SM2加密以及類似真實語音的調(diào)制，最后該數(shù)字語音信號能夠以近似真實語音信號的形式在GSM語音信道中傳輸，接收端收到的語音信號的誤碼