CN101329869B

CN101329869B - 适用矢量量化的语音编码的声源加密的系统和方法

Info

Publication number: CN101329869B
Application number: CN2008101353363A
Authority: CN
Inventors: 林衡华; 李宝荣; 杨维忠; 孙宇; 张琳峰; 王庆扬; 肖海; 林奕琳; 龙彪
Original assignee: China Telecom Corp Ltd
Current assignee: China Telecom Corp Ltd
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: CN101329869A

Abstract

本发明公开一种适用矢量量化的语音编码的声源加密的系统和方法，包括：对原始声源通过加密参数进行加密；对加密后的声源进行矢量量化编码；对矢量量化编码结果进行矢量量化信号的解码；根据所述加密参数对矢量量化信号解码结果进行信号的本地解密；根据接收的原始声源和本地解密的结果，计算二者的误差；根据误差计算结果修改加密参数，并通过修改后的加密参数对以后接收的原始声源进行加密。本发明通过对声源频谱加密矩阵的自适应调整实现失真的最小化，有效地改善了由于加密带来的失真。

Description

适用矢量量化的语音编码的声源加密的系统和方法

技术领域

本发明涉及通讯领域语音的加密以及语音的编码技术，特别是指一种适用矢量量化的语音编码的声源加密系统和方法。

背景技术

目前，对于模拟声源的加密方式主要采用了频谱的乱序或者加扰实施加密。

这种加密方法对于传统的模拟语音传输或者采用脉冲编码调制(PCM)量化的语音编码的系统是有效。但是对于采用了矢量量化的参数编码方式，由于矢量量化后对原声源的频谱会有较大的改变，因此采用传统的频谱乱序或加扰等方法加密后的声源无法在接收端被正确解码。

由于矢量量化的语音编码方式编码速率低，能够节省通信传输资源，因此当前的大部分的移动通信系统多采用矢量量化的语音编码方式，如全球移动通讯系统(GSM)、码分多址系统(CDMA)、通用移动通讯系统(UMTS)等。

由于使用矢量编/解码对于原有的声源的频谱有较大的改变，因此如果采用普通的频谱变化的方法实现加密的话，将会使声源出现很大的失真。

发明内容

有鉴于此，为了降低这种失真，本发明提出一种能够适用于矢量量化语音编码的声源加密的系统和方法。

基于上述目的本发明提供的一种适用矢量量化的语音编码的声源加密的系统，包括：加密模块、加密参数矩阵、矢量量化编码模块、误差估算模块、本地解密模块和矢量量化解码模块；

原始声源输入到加密模块后，由加密模块进行加密，加密参数由加密参数矩阵提供；加密模块输出的加密后的声源在矢量量化编码模块中进行矢量量化编码；矢量量化解码模块接收矢量量化编码模块输出的矢量量化编码结果完成矢量量化信号的解码；本地解密模块接收矢量量化解码模块完成的矢量量化信号解码结果，并根据从加密参数矩阵获得的加密参数，进行信号的本地解密，将解密结果发送给误差估算模块；误差估算模块根据接收的原始声源和本地解密模块的输出结果，计算本地解密模块发来的语音信号与原语音信号的误差，将得到的误差计算结果发送加密参数矩阵；加密参数矩阵根据误差结果修改加密参数，并将修改后的加密参数发送给加密模块。

可选的，该系统所述加密模块采用频谱扰乱的加密方法进行加密，通过在多个频段使用不同的增益系数次序以及频谱次序，改变原语音的频谱。

可选的，该系统所述增益系数的次序由设定的密码和由加密参数矩阵输出的加密参数联合生成。

可选的，该系统所述加密参数矩阵通过极值计算方法取得加密参数。

可选的，该系统所述极值计算方法为最速下降法。

可选的，该系统的输出端为所述加密模块的输出端，输出信号为加密后的输出信号；

或者该系统的输出端为所述矢量量化编码模块的输出端，输出信号为对加密后的声源信号的编码结果。

可选的，该系统通过专用集成电路ASIC、或现场可编程门阵列FPGA、或数字信号处理器DSP实现。

基于上述目的，本发明还提供了一种适用矢量量化的语音编码的声源加密的方法，包括：

对原始声源通过加密参数进行加密；

对加密后的声源进行矢量量化编码；

对矢量量化编码结果进行矢量量化信号的解码；

根据所述加密参数对矢量量化信号解码结果进行信号的本地解密；

根据接收的原始声源和本地解密的结果，计算二者的误差；

根据误差计算结果修改加密参数，并通过修改后的加密参数对以后接收的原始声源进行加密。

可选的，该方法所述加密过程采用频谱扰乱的加密方法进行加密，通过在多个频段使用不同的增益系数次序以及频谱次序，改变原语音的频谱。

可选的，该方法所述增益系数的次序由设定的密码和所述加密参数联合生成。

可选的，该方法所述加密参数通过极值计算方法取得。

可选的，该方法所述极值计算方法为最速下降法。

从上面所述可以看出，本发明提出的能够适用于矢量量化语音编码的声源加密的系统和方法，创新性地提出采用采用了自适应的加密参数矩阵对原始声源进行加密，自适应的加密参数矩阵的调整通过在本地对加密信号进行编/解码和解密后得到的参考信号与原始信号的误差进行估算。通过对声源频谱加密矩阵的自适应调整实现失真的最小化，有效地改善了由于加密带来的失真。并且还具有如下优点：

该加密方法采用直接对原始语音的频谱进行加密，不受量化编码的方式的限制，可以应用于各种数字通信系统中；

加密参数的自适应计算能够适应由于加密带来的失真，将这种失真的影响降到最低；

实现简单灵活，实际应用中可以根据加密强度以及失真容忍度配置不同的加密单元个数。

附图说明

图1为本发明实施例一种适用于矢量量化语音编码的声源加密的系统结构示意图；

图2为本发明实施例另一种实现方法的，适用于矢量量化语音编码的声源加密的系统结构示意图；

图3为本发明实施例加密模块的结构示意图；

图4为本发明声源加密系统的应用实例示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

本发明提出的用于矢量量化语音编码的声源加密方法的核心包括：对原始声源通过加密参数进行加密；对加密后的声源进行矢量量化编码；对矢量量化编码结果进行矢量量化信号的解码；根据所述加密参数对矢量量化信号解码结果进行信号的本地解密；根据接收的原始声源和本地解密的结果，计算二者的误差；根据误差计算结果修改加密参数，并通过修改后的加密参数对以后接收的原始声源进行加密。

本发明提出的用于矢量量化语音编码的声源加密的系统实施例结构，如图1所示。该系统采用了自适应的加密参数矩阵对原始声源进行加密，并且通过和本地的编/解码和解密后的信号进行对比，根据原始声源信号和处理后的信号的误差对比来实现对加密矩阵参数的修改，从而获得尽可能小的失真。

该系统包括：加密模块101、加密参数矩阵102、矢量量化编码模块103、误差估算模块104、本地解密模块105和矢量量化解码模块106。

加密模块101，实现对原始声源(F1、F2、...、Fn)加密，加密参数(W1、W2、...、Wn)由加密参数矩阵102给出。输入信号来自原始声源和本地误差估算模块104；输出结果直接为加密后的声源。

加密参数矩阵102，实现加密参数的计算、生成。输入的参数由误差估算模块104输入；生成的结果输出到加密模块101和本地解密模块105进行加密和解密。

加密参数矩阵102主要根据误差估算模块104的输入调整加密参数，以使得误差减少。最佳的加密参数的取得可以通过不同的极值计算方法，譬如：采用最速下降法，对所有的输入加密参数作为变量初值作微量的变化，求出在各个方向进行搜索的结果，取变化结果最佳的方向值作为新的加密参数值，然后以新的参数作为初值进行下一步搜索，如此循环一直到满足条件为止。但并不限于该方法，所有实现最优化的计算方法均可被使用。

矢量量化编码模块103，实现对加密后的声源进行矢量量化编码。输入声源由加密模块101输出；输出信号是矢量编码后的加密信号；输出到矢量量化解码模块106，还可以直接输出为矢量编码输出。

误差估算模块104，计算经过“加密-＞编码-＞解码-＞解密”过程后的语音信号和原语音信号的误差。输入信号来自原始声源和由本地解密模块105输出的结果；输出的结果输入加密参数矩阵102。

本地解密模块105，完成信号的本地解密，得到解密的语音。输入信号来自矢量量化解码模块106；输出信号输入误差估算模块104。

矢量量化解码模块106，完成矢量量化信号的解码。输入信号由矢量量化编码模块103输出；输出信号输入本地解密模块105。

原始声源F1、F2、...、Fn输入到加密模块101后，由加密模块101进行加密，加密参数W1、W2、...、Wn由加密参数矩阵102给出；提取从加密模块101输出加密后的声源，在矢量量化编码模块103中进行矢量量化编码；然后发送给矢量量化解码模块106完成矢量量化信号的解码；本地解密模块105接收矢量量化解码模块106完成的矢量量化信号解码结果，并根据从加密参数矩阵102获得的加密参数，进行信号的本地解密，将解密的语音发送给误差估算模块104；误差估算模块104根据接收的原始声源和本地解密模块105的输出结果，计算本地解密模块105发来的经上述加密-＞编码-＞解码-＞解密”过程后的语音信号和原语音信号的误差，将得到的误差计算结果发送加密参数矩阵102；加密参数矩阵102根据误差结果修改加密参数，并将修改后的加密参数发送给加密模块101。

另外，本发明另一个实施例中，用于矢量量化语音编码的声源加密的系统也可以和矢量量化编码的过程相结合，如图2所示，从矢量量化编码模块103直接输出编码后的结果，其他模块的功能和连接关系不变。

参见图3所示，图3为本发明实施例加密模块的结构。本实施例加密模块的加密方法采用频谱扰乱的方法，利用加密参数矩阵102输入的加密参数W1、W2、...、Wn，通过在各个频段(图3中F1、F2...Fn)使用不同的增益系数次序以及频谱次序，以达到改变原语音的频谱从而使其不能直接识别。频谱的增益系数其次序可以由设定的密码和由加密参数矩阵102输出的加密参数联合生成，但不限于上述两项参数。

举一个例子来说，比如：将声音信号频谱分为几段F1：0～1000Hz，F2：1000～2000Hz，F3：2000～3000......；加密时F1’＝W1＊F1，F2’＝W2＊F3，F3’＝W3＊F2....；其中F1’、F2’、F3’...为加密后的声音信号。解密时逆向操作即可。

图4给出了一个利用本发明声源加密系统的一个具体应用实例。由话筒采集的声源信号输入模/数(A/D)模块实现数字的量化，然后通过实现加密功能的专用芯片实现加密，这些芯片集成了图1或图2所示系统实现的功能，该芯片可以用专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)来实现。加密后的结果输入后续处理模块。

本发明的描述是为了示例和说明起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种适用矢量量化的语音编码的声源加密的系统，其特征在于，包括：加密模块、加密参数矩阵、矢量量化编码模块、误差估算模块、本地解密模块和矢量量化解码模块；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加密模块采用频谱扰乱的加密方法进行加密，通过在多个频段使用不同的增益系数次序以及频谱次序，改变原语音的频谱。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述增益系数的次序由设定的密码和由加密参数矩阵输出的加密参数联合生成。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加密参数矩阵通过极值计算方法取得加密参数。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述极值计算方法为最速下降法。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的系统，其特征在于，该系统的输出端为所述加密模块的输出端，输出信号为加密后的输出信号；

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统通过专用集成电路ASIC、或现场可编程门阵列FPGA、或数字信号处理器DSP实现。

8.一种适用矢量量化的语音编码的声源加密的方法，其特征在于，包括：

对原始声源通过加密参数进行加密；

对加密后的声源进行矢量量化编码；

对矢量量化编码结果进行矢量量化信号的解码；

根据接收的原始声源和本地解密的结果，计算二者的误差；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加密过程采用频谱扰乱的加密方法进行加密，通过在多个频段使用不同的增益系数次序以及频谱次序，改变原语音的频谱。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述增益系数的次序由设定的密码和所述加密参数联合生成。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加密参数通过极值计算方法取得。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述极值计算方法为最速下降法。