CN104144601A - 防止利用手机进行窃听的装置 - Google Patents

Abstract

防止利用手机进行窃听的装置，包括：声屏蔽器，由可透过电磁波的隔音材料构成，用于封罩所述手机；语音干扰模块，位于所述声屏蔽器内，用于将由语音等多种不同声音合成的噪声持续反复播放；以及手机来电感应模块，布置在所述声屏蔽器外部，当所述手机收到来电、短信或通知时，所述手机来电感应模块发出提醒。

Description

防止利用手机进行窃听的装置

技术领域

本发明涉及防窃听器材领域，具体涉及一种防止利用手机进行窃听的装置。

背景技术

手机已经被视为个人必备的移动通信设备，在给我们生活和工作带来便利的同时，也带来了安全保密的隐患。众所周知，在办公室、实验室、会议室等场所往往需要进行安全保密，但只要在手机上植入卧底软件即可将手机作为一部窃听器以实现远程窃听，如何有效防范利用手机进行窃听成为急需解决的问题。

现有的对利用手机窃听进行防范的方法主要有关机(甚至取下电池)、禁止将手机带入保密场所、定制或改造手机、使用手机电磁屏蔽套等。关机甚至取下电池是较彻底的防范办法，但最大的问题是影响了正常使用，给工作和生活带来不便。很多单位在办公室等保密场所增加了手机存放柜，规定禁止将手机带入保密场所，但由此带来不便，制度很难被严格遵守。定制或改造手机，比如在定制的手机上增加麦克风开关，或采取可靠的专用操作系统，是效果较好的办法，但一方面增加了费用，另一方面约束了使用者对个性化和软件通用性的需求。使用手机电磁屏蔽套固然能够达到防止利用手机进行远程窃听的效果，但是这时手机无法向外发射信号，仍处于寻找基站的发射状态，用电成倍增加。而且，手机电磁屏蔽套不能抵御由“先录音后传输”的卧底软件进行的信息窃取。综上所述，现有的对利用手机窃听进行防范的几种办法存在应用不方便、代价高或防范不严等问题。

发明内容

本发明从避免手机窃听的源头出发，设计了既达到安全保密的要求又方便应用的手机声屏蔽器，其对利用手机作为窃听器进行有效的防范，同时不影响手机的正常使用。

根据本发明，提供了一种防止利用手机进行窃听的装置，所述装置包括：

声屏蔽器，由可透过电磁波的隔音材料构成，用于封罩所述手机；

语音干扰模块，位于所述声屏蔽器内，用于将由语音等多种不同声音合成的噪声持续反复播放；

手机来电感应模块，布置在所述声屏蔽器外部，当所述手机收到来电、短信或通知时，所述手机来电感应模块发出提醒。

在一个优选实施方案中，所述手机来电感应模块设有发光二极管，当所述手机收到来电、短信或通知时以使所述发光二极管闪烁的方式发出提醒。

在一个优选实施方案中，所述声屏蔽器由人造水晶制成。

在一个优选实施方案中，所述声屏蔽器由玻璃制成。在一个更优选的实施方案中，所述声屏蔽器的厚度不小于20mm。

在一个优选实施方案中，在所述声屏蔽器内所述噪声的声强大于有用语音声强，同时不会给所述声屏蔽器外的环境带来噪声。

在一个优选实施方案中，所述噪声的频谱覆盖有用语音频谱，且与所述有用语音频谱混叠。

在一个优选实施方案中，用于合成所述噪声的所述多种声音包括多种不同的男声和女声语音。在一个更优选的实施方案中，用于合成所述噪声的所述多种声音包括公共场所语音噪声、交通噪声、电台噪声、建筑机械噪声、音乐噪声、流水噪声或风噪声。

本发明提供的防止利用手机进行窃听的装置采取了声屏蔽、多重类语音干扰、来电提醒等技术措施，在保密场所做到了既能防范利用手机进行的窃听，又方便了手机的使用。

附图说明

结合附图，从下面的描述以及所附的权利要求中，将会更容易理解本发明的上述以及其他特征。

图1是根据本发明的防止利用手机进行窃听的装置的示意图。

图2是根据本发明的防止利用手机进行窃听的装置的语音干扰模块的噪声频谱图，从一方面示出了语音干扰模块的效果。

具体实施方式

在下文的具体实施方式中，将参照构成本说明书一部分的附图。在不偏离在此展示的发明主题的原理和范围的情况下，在本文中大致描述的以及附图中所图示的本发明的各方面可以在宽泛的配置变化中进行排列、替换、组合、分拆和删节，所有这些排列、替换、组合、分拆和删节均落入本发明的范围之内。

图1是根据本发明的防止利用手机进行窃听的装置100的示意图。在图1中可见，所述装置100包括声屏蔽器102、语音干扰模块104和手机来电感应模块106。当手机108的使用者进入保密场所时，按照规定，该使用者须当将手机108放置在声屏蔽器102之内。声屏蔽器102可以设有带有盖子的开口，当将手机108经由开口放入声屏蔽器102后，可将盖子盖上以形成对手机的完全隔音封罩。

鉴于防止利用手机进行窃听的装置大多应用于办公室、机房、会议室等保密场所，除了保证手机声音的屏蔽效果外，也要兼顾外形样式的美观，同时为保证手机的正常接收，不能使用屏蔽电磁波的金属材料。因此，声屏蔽器102由可透过电磁波的隔音材料制成。人造水晶符合上述要求，而且价格相对便宜，加工已形成产业化。在一个优选实施方案中，声屏蔽器102由人造水晶制成。

声屏蔽器102的原理分析与设计：

从录制的角度看，人的语音大小可分为下面几个级别：

小于20dB：麦克风拾取困难；

20—40dB：高灵敏麦克风可拾取；

40—70dB：麦克风正常拾音；

大于70dB：音量很大，有些麦克风可能被阻断。

针对70dB以下的正常语音，尽可能的让其在拾音端降至30dB以下，以便增加干扰后使麦克风难以正常录音。

声音的传播分为两大类：在固体中传播和在空气中传播。声波E₀射到固体材料的一面时，使固体材料产生振动，且声波向固体材料的另一面辐射，其中一部分能量E_r被反射，声波在固体内传输过程中有能量损失E_α，同时产生透射波E_i。透射声能与入射声能之比S称透射系数，S越小，隔音效果越好。E₀、E_r、E_α、E_i之间的关系如下列公式所示：

E0＝Er+Ei

对隔音材料来说，应尽量增大E_r和E_α以减少S。对本发明选取的材料而言，主要是增大前者。

根据建筑声学的质量作用定律，材料的隔音量公式为：

TL＝20lgm+20lgf-48

其中

TL：隔音量，

m：材料单位面积的质量，

f：声音频率。

在一个实施方案中，采用玻璃作为隔音材料，玻璃的密度为2.5g/mm³，上式变为：

TL＝20lg2.5d+20lgf-48

＝20lgd+20lgf-40

其中d为玻璃厚度，单位：mm。

人的话音主要声频范围为100Hz—5000Hz，取d＝20mm，

当f＝100Hz时：TL＝26dB

当f＝5000Hz时：TL＝40dB

所以，厚20mm的玻璃对人的话音可产生26—40dB的屏蔽效果。

图1中还示出了语音干扰模块104，其位于所述声屏蔽器102内，用于将由语音等多种不同声音合成的噪声持续反复播放。

语音干扰模块104的设计：

通过对语音获取设备通常关注的功能与技术指标进行分析，本发明重点针对录音设备的灵敏度、动态范围、带宽、后期降噪算法等进行处理，有效地实施干扰。

(1)多重类语音干扰噪声

本发明提出了“多重类语音干扰噪声”的概念。语音降噪技术针对不同类型的噪声有不同的算法，因此在构建干扰噪声时要同时包含多种类型的噪声，将大幅值、宽频带、多种类的噪声结合应用，这就是多重类语音干扰噪声的概念。

①利用灵敏度指标。手机麦克风的灵敏度一般为-40—-30dBV/Pa，高灵敏度的麦克风对噪声同样灵敏，当干扰噪声大到一定程度时，可对高灵敏麦克风形成阻塞。

②对应动态范围指标。一般手机麦克风的动态范围为100dB左右，甚至有的麦克风在声强140dB时才会失真。从干扰的角度看，关键是降低信噪比S/N。当S/N小于0时，噪声信号将覆盖有用声音信号。

办公室环境语音声强上限一般为I＝70dB，隔音器最小隔音量TL_min＝26dB，当S/N＝0dB时，干扰噪声的最低值

N_min＝I-TL_min＝70dB-26dB＝44dB

由于声屏蔽器的隔音作用，声屏蔽器外的最大干扰噪声为N-R＝44dB-26dB＝18dB<20dB

对人的工作与生活不会产生影响。

③对应语音带宽指标。人在普通谈话时，主要频谱范围为B＝100Hz—3000Hz，取干扰噪声的带宽为BN＝100Hz—5000Hz。图2是根据本发明的防止利用手机进行窃听的装置的语音干扰模块的噪声频谱图，从一方面示出了语音干扰模块104的效果。由于对语意的理解需要三秒钟以上的时间积累，因此可以取多个时刻的频谱进行叠加。由于对语意的理解需要三秒钟以上的时间积累，因此可以取多个时刻的频谱进行叠加。在图2中，前三幅频谱图分别为随机时刻t＝1，t＝2，t＝3时的抽样频谱，第四幅图为合成频谱。从图中可看出，干扰信号的带宽大于有用信号的带宽，噪声有效地实施了干扰。

④针对降噪后处理。干扰噪声有很多分类方法，较简单的是把噪声分为加性噪声和卷积噪声两大类。前者是录音时的背景噪声引起的，后者是由于录音设备和传输系统的非线性引起的。主动增加的干扰噪声属于前者。

在本发明的方案中，合成的多重类语音干扰噪声除语音外可以包括如下种类的声音：公共场所语音噪声、交通噪声、电台噪声、建筑机械噪声、音乐噪声、流水噪声、风噪声等。为了重点干扰语音，录制了多种不同的男声和女声语音，使得窃听者难以从录音中分离出有用语音。

为了有效对抗目前采用的各种降噪算法，本发明对语音的降噪处理的方法进行了分析，并以不同的技术措施做出应对。

采样降噪法：先确定噪声的频谱，然后采用滤波或陷波等方法去除噪声。由于本发明合成的干扰噪声覆盖了整个语音频谱，因此这种方法不能抗宽频主动干扰。

动态调节降噪法：根据噪声的变化动态调节噪声门限。此种降噪法的出发点是认为比起有用语音，噪声是小信号，因此对干扰噪声大于有用信号的情况并无效果。

均衡器降噪法：其核心是将有用信号的频谱与噪声信号的频谱进行动态均衡。同样地，由于主动干扰的噪声频谱与有用语音频谱相混叠，因此均衡器法不起作用。

反相降噪法：主要是针对短促噪声信号，将其反相后相互抵消。对持续的干扰信号不起作用。

另外还有小波分析法、维纳滤波法等，都是基于噪声信号的频率或幅度特征进行处理的，对主动干扰信号的全频谱、大信号并无效果。由于当信噪比大于0dB时，降噪效果有大幅提升，因此，干扰噪声的声强应在麦克风端大于语音声强，使信噪比小于0dB。

某些降噪处理算法对已知的声音，如特定的一段音乐进行处理后，降噪效果明显，但利用手机窃听的一定是未知的语音内容，无样本可用。

综上所述，在本发明中的干扰模块104所采用的多重类语音干扰噪声能有效抵御目前使用的语音降噪算法。

(2)语音干扰模块104的硬件设计

语音干扰模块104的硬件设计包括三个部分：语音IC(IC：集成电路)、开关与显示电路、电源管理电路。语音IC给电路设计带来了极大的方便。本发明选用了语音IC DKA040芯片，录音时间40秒，将干扰噪声样本写入IC，采用循环播放方式。当手机108放入声屏蔽器102时，微动开关闭合，电源开通并触发DKA040循环播放。选取两个微动开关的目的是确保手机108放入声屏蔽器102后干扰噪声的可靠启动。经测试，干扰模块的功耗小于20mA，为确保一周以上充一次电，本发明选取了大于1.5AH的锂电池，充电口采用通用的USB接口。当电源开启，干扰模块正常工作时绿色发光二极管亮，当电量不足时红色发光二极管亮。

根据本发明的防止利用手机进行窃听的装置100还包括手机来电感应模块106，布置在声屏蔽器102外部，当手机108收到来电、短信或通知时，手机来电感应模块106发出提醒。在一个优选实施方案中，当手机108收到来电、短信或通知时，手机来电感应模块106采用发光二极管闪烁方式对手机使用者发出提醒。

来电感应模块106的设计：

来电感应模块106的作用是当手机来电时对手机使用者进行提醒，采用发光二极管闪烁方式。根据手机的工作原理，来电时，包括短信和通知等信息，手机也会长时间或短暂的处于发射模式，此时来电感应模块106将开启提醒功能。

目前我国的移动、电信、联通三大移动通信运营商分别采用了如下不同的标准：

2G：GSM、CDMA

2.5G：GPRS、1X

3G：TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA

目前的手机感应IC主要是针对GSM标准的，因为GSM属于TDMA，发射功率相对集中，而CDMA即码分多址，采用了扩频通信体制，将发射功率分散到了一个相对较宽的频谱上，信号较弱。因此需要增加感应模块的天线增益。

目前的GSM和CDMA手机一般采用双频或三频工作模式，单频段在825—960Mhz。如果不考虑手机的功率控制，GSM手机的发射功率为2W(33dBm),CDMA手机的功率为0.2W(23dBm)，相差了10dBm。这就要求来电感应模块106具有较高的感应灵敏度，经推算，感应GSM时的灵敏度为-6--0dB，如果不增加前置放大器，天线增益为3—6dB即可。

如何有效地感应手机的发射信号，确定感应模块的接收天线的增益是关键。在工程上，天线的长度可由下面公式确定：

l＝1/√(με)nλ

其中：当f＝880MHz时，λ＝0.34m

μ为天线材料的磁导率，印刷板μ＝1

ε为天线材料的介电常数，FR4材料ε≈4

n为天线波长比，取n＝1

可以得出：

l＝0.17m

1/√(με)称为天线材料的缩波系数，即电磁波射入介质材料时波长的变化量。

根据本发明的防止利用手机进行窃听的装置的优点在于：以阻断麦克风对声音的拾取为出发点，有效防范利用手机进行窃听；采用既能屏蔽声音又能透过电磁波的材料制作声屏蔽器，且设有手机来电感应模块能够在手机来电时对手机使用者发出提醒，做到了手机安全防范与方便使用的完美结合。

尽管已经参照具体实施方案对本发明进行例示和描述，但是本领域的普通技术人员可以理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以在具体实施方案中进行上述的以及其他的在形式和细节方面的变化，包括但不限于添加、减少或修改元件或以等同物进行替代。

Claims (9)

1.防止利用手机进行窃听的装置，其特征在于包括：

声屏蔽器，由可透过电磁波的隔音材料构成，用于封罩所述手机；

语音干扰模块，位于所述声屏蔽器内，用于将由语音等多种不同声音合成的噪声持续反复播放；

手机来电感应模块，布置在所述声屏蔽器外部，当所述手机收到来电、短信或通知时，所述手机来电感应模块发出提醒。

2.根据权利要求1所述的防止利用手机进行窃听的装置，其特征在于所述手机来电感应模块设有发光二极管，当所述手机收到来电、短信或通知时以使所述发光二极管闪烁的方式发出提醒。

3.根据权利要求1所述的防止利用手机进行窃听的装置，其特征在于所述声屏蔽器由人造水晶制成。

4.根据权利要求1所述的防止利用手机进行窃听的装置，其特征在于所述声屏蔽器由玻璃制成。

5.根据权利要求4所述的防止利用手机进行窃听的装置，其特征在于所述声屏蔽器的厚度不小于20mm。

6.根据权利要求1所述的防止利用手机进行窃听的装置，其中在所述声屏蔽器内所述噪声的声强大于有用语音声强，同时不会给所述声屏蔽器外的环境带来噪声。

7.根据权利要求1所述的防止利用手机进行窃听的装置，其中所述噪声的频谱覆盖有用语音频谱，且与所述有用语音频谱混叠。

8.根据权利要求1所述的防止利用手机进行窃听的装置，其中用于合成所述噪声的所述多种声音包括多种不同的男声和女声语音。

9.根据权利要求8所述的防止利用手机进行窃听的装置，其中用于合成所述噪声的所述多种声音包括公共场所语音噪声、交通噪声、电台噪声、建筑机械噪声、音乐噪声、流水噪声或风噪声。