CN108337080A - 一种信息安全环境的虚拟现实系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种信息安全环境的虚拟现实系统，同时也提供了其解密算法，并且在加密解密的过程中，也实现了对语音信号噪音的降噪处理，一定程度上克服了上述传统加密算法无法保证信息安全的缺陷以及混沌系统进行加密存在的缺陷。

Description

一种信息安全环境的虚拟现实系统
技术领域
本发明属于语音信号处理领域，具体涉及一种信息安全环境的虚拟现实系统。
背景技术
随着网络技术在全球范围内兴起和数字信号处理技术的发展，语音通信技术获得了突破性的发展和更广泛的应用。然而，当语音通信内容涉及到个人隐私、商业机密以及国家秘密时，人们又会考虑到语音信息传输的保密性。同时，在实际环境中进行语音通信时，通话双方容易受到周围环境的背景噪声的干扰，从而影响通信的效果。因此，研究语音加密与降噪，对保障语音通信的安全与质量十分重要。
语音加密是在对语音的一部分数据信息进行一种完全可逆的操作，使得加密后的语音对未经授权的监听者来说，完全是听不懂的信息。加密过程可以使模拟的也可以是数字的。
然而语音数据有其自身的特点，主要是其固有数据量比较大、能量分布不均匀、冗余性很高等，因而，我们用一些传统的加密算法对语音数据进行加密得不到保证信息安全的要求，比如AES、DES、IDEA等等。许多研究者也开始常用采用混沌的方法来构造快速的加密算法，如有学者提出了基于混沌及Henon映射的快速加密算法，也有学者提出了chua’s混沌系统和离散的标准映射复合产生的序列，完成对语音文件的快速加密和完整还原，也有人提出了基于Lorenz系统、Chen’s系统等混合混沌动力系统构造的符合混沌系统加密的方法。这些利用混沌系统进行加密的方法有其优势，然而这些加密算法也有其周期相应短，混沌序列生成器精度有限，对于选择明文攻击抵抗力较差等缺陷。
发明内容
鉴于以上分析，本发明的主要目的在于提供一种信息安全环境的虚拟现实系统，同时也提供了其解密算法，并且在加密解密的过程中，也实现了对语音信号噪音的降噪处理，一定程度上克服了上述传统加密算法无法保证信息安全的缺陷以及混沌系统进行加密存在的缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种信息安全环境的虚拟现实系统，包括：
环境信息采集单元，用于采集输入的语音信号和动作信号；
语音信息安全单元，用于对所述语音信号进行加密；
动作信息安全单元，用于对所述动作信号进行加密；
虚拟现实语音信号传输单元，用于将经过上述加密的语音信号和动作信号传输到虚拟现实环境。
进一步地，所述语音信息安全单元通过如下方式对上述语音信号进行加密：
设N个初始信号s1(t),…,sn(t)和M个密钥信号k1(t),…，kM(t)，加密公式为：
X(t)＝[x1(t),…,xN(t)]T＝Ask(t)
其中，X(t)表示N个加密信号，sk(t)＝[s1(t),…,sn(t),kM(t)]T，A为N×(M+N)的加密矩阵，且每个值都在[-1,1]之间。设A＝[AS,Ak]，其中AS为N×N的矩阵，Ak为N×M的矩阵，加密公式由下面公式表示：
X(t)＝Ass(t)+Akk(t)，
其中，s(t)＝[s1(t),…，sn(t)]T，k(t)＝[k1(t),…，kM(t)]T
令，N＝M，建立如下加密矩阵：
其中，A为N×2N的矩阵，B为1×N的矩阵,其中的各值取值范围在[-0.3,0.3]之间，D为1×N的矩阵，其中的各值取值范围在[1,2.5]之间，C为N×1维的矩阵，均由[0.5,1]之间平均分布的随机数生成，
令B＝[b1,b2,…,bn]，D＝[d1,d2,…,dn],C＝[c1,c2,…,cn]T,则加密矩阵为：
进一步地，所述动作信息安全单元通过如下方式对上述动作信号进行加密：
通过三维陀螺仪和三维位移传感器获取动作信息对应的三维矩阵；将三维矩阵与上述加密矩阵的3阶形式的模相乘。
进一步地，其中加密矩阵设置还包括对初始信号数量的计算，具体包括：
假设和为第i次从接收到的语音信号中选取的两个信号，其中i∈[1,n]，对两个语音信号进行分解，采用所有测量数据到与其最近直线聚轴的距离之和作为标准，选出最为疏远的两个子信号，记为和并将Z1和Z2组合为Z＝[Z1 Z2]，根据预先设置的阈值，截断一部分小分量系数，消除噪声对语音质量带来的影响，对上一步得到的系数进行对称处理，将所有的信号点移至正半面，如果测量数据的第一个坐标z1＜0时，Z＝-Z；否则，Z＝Z；
将聚类中心角度θ空间进行Kθ均匀等分，其中k＝1,…,Kθ。
计算每一个θk处的势函数φ(θ)值。
统计势函数在整个角度θ空间上的峰值数Ni，得到初始信号数量的估计值。
重复上面的步骤，直到i＝n时停止，统计所有估计得到的初始信号数量。
进一步地，对加密语音的语音解密过程包括：
首先从加密语音帧中截取每帧切分的语音段个数、语音段长度、语音段信息和N个加密语音段信息，并利用密钥种子、没每帧语音段个数、语音段长度基于密钥信号生成算法重建密钥信号，然后，将密钥信号与N个加密语音段信号组合，在应用适于分离语音信号的分离算法对组合后的信号进行分离，得到解密语音段信号和密钥信号的恢复信号。
进一步地，其中所述语音采集单元包括声音传感器。
本发明的技术方案具有以下优点：
提供一种信息安全环境的虚拟现实系统，同时也提供了其解密算法，并且在加密解密的过程中，也实现了对语音信号噪音的降噪处理，一定程度上克服了上述传统加密算法无法保证信息安全的缺陷以及混沌系统进行加密存在的缺陷。
附图说明
图1示出了根据本发明优选实施例的会议系统组成框图。
具体实施方式
如图1所示，一种信息安全环境的虚拟现实系统，包括：
环境信息采集单元，用于采集输入的语音信号和动作信号；
语音信息安全单元，用于对所述语音信号进行加密；
动作信息安全单元，用于对所述动作信号进行加密；
虚拟现实语音信号传输单元，用于将经过上述加密的语音信号和动作信号传输到虚拟现实环境。
优选地，所述语音信息安全单元通过如下方式对上述语音信号进行加密：设N个初始信号s1(t),…,sn(t)和M个密钥信号k1(t),…，kM(t)，加密公式为：
X(t)＝[x1(t),…,xN(t)]T＝Ask(t)
其中，X(t)表示N个加密信号，sk(t)＝[s1(t),…,sn(t),kM(t)]T，A为N×(M+N)的加密矩阵，且每个值都在[-1,1]之间。设A＝[AS,Ak]，其中AS为N×N的矩阵，Ak为N×M的矩阵，加密公式由下面公式表示：
X(t)＝Ass(t)+Akk(t)，
其中，s(t)＝[s1(t),…，sn(t)]T，k(t)＝[k1(t),…，kM(t)]T
令，N＝M，建立如下加密矩阵：
其中，A为N×2N的矩阵，B为1×N的矩阵,其中的各值取值范围在[-0.3,0.3]之间，D为1×N的矩阵，其中的各值取值范围在[1,2.5]之间，C为N×1维的矩阵，均由[0.5,1]之间平均分布的随机数生成，
令B＝[b1,b2,…,bn]，D＝[d1,d2,…,dn],C＝[c1,c2,…,cn]T,则加密矩阵为：
所述动作信息安全单元通过如下方式对上述动作信号进行加密：
通过三维陀螺仪和三维位移传感器获取动作信息对应的三维矩阵；将三维矩阵与上述加密矩阵的3阶形式的模相乘。
其中加密矩阵设置还包括对初始信号数量的计算，具体包括：
假设和为第i次从接收到的语音信号中选取的两个信号，其中i∈[1,n]，对两个语音信号进行分解，采用所有测量数据到与其最近直线聚轴的距离之和作为标准，选出最为疏远的两个子信号，记为和并将Z1和Z2组合为Z＝[Z1 Z2]，根据预先设置的阈值，截断一部分小分量系数，消除噪声对语音质量带来的影响，对上一步得到的系数进行对称处理，将所有的信号点移至正半面，如果测量数据的第一个坐标z1＜0时，Z＝-Z；否则，Z＝Z；
将聚类中心角度θ空间进行Kθ均匀等分，其中k＝1,…,Kθ。
计算每一个θk处的势函数φ(θ)值。
统计势函数在整个角度θ空间上的峰值数Ni，得到初始信号数量的估计值。
重复上面的步骤，直到i＝n时停止，统计所有估计得到的初始信号数量。
对加密语音的语音解密过程包括：
首先从加密语音帧中截取每帧切分的语音段个数、语音段长度、语音段信息和N个加密语音段信息，并利用密钥种子、没每帧语音段个数、语音段长度基于密钥信号生成算法重建密钥信号，然后，将密钥信号与N个加密语音段信号组合，在应用适于分离语音信号的分离算法对组合后的信号进行分离，得到解密语音段信号和密钥信号的恢复信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种信息安全环境的虚拟现实系统，包括：
环境信息采集单元，用于采集输入的语音信号和动作信号；
语音信息安全单元，用于对所述语音信号进行加密；
动作信息安全单元，用于对所述动作信号进行加密；
虚拟现实语音信号传输单元，用于将经过上述加密的语音信号和动作信号传输到虚拟现实环境。
2.如权利要求1所述的信息安全环境的虚拟现实系统，其特征在于，所述语音信息安全单元通过如下方式进行加密：
设N个初始信号s1(t),…,sn(t)和M个密钥信号k1(t),…，kM(t)，加密公式为：
X(t)＝[x1(t),…,xN(t)]T＝Ask(t)
其中，X(t)表示N个加密信号，sk(t)＝[s1(t),…,sn(t),kM(t)]T，A为N×(M+N)的加密矩阵，且每个值都在[-1,1]之间。设A＝[AS,Ak]，其中AS为N×N的矩阵，Ak为N×M的矩阵，加密公式由下面公式表示：
X(t)＝Ass(t)+Akk(t)，
其中，s(t)＝[s1(t),…，sn(t)]T，k(t)＝[k1(t),…，kM(t)]T
令，N＝M，建立如下加密矩阵：
其中，A为N×2N的矩阵，B为1×N的矩阵,其中的各值取值范围在[-0.3,0.3]之间，D为1×N的矩阵，其中的各值取值范围在[1,2.5]之间，C为N×1维的矩阵，均由[0.5,1]之间平均分布的随机数生成，
令B＝[b1,b2,…,bn]，D＝[d1,d2,…,dn],C＝[c1,c2,…,cn]T,则加密矩阵为：
。
3.如权利要求2所述的信息安全环境的虚拟现实系统，所述动作信息安全单元通过如下方式对上述动作信号进行加密：
通过三维陀螺仪和三维位移传感器获取动作信息对应的三维矩阵；将三维矩阵与上述加密矩阵的3阶形式的模相乘。
4.如权利要求3所述的信息安全环境的虚拟现实系统，其中加密矩阵设置还包括对初始信号数量的计算，具体包括：
假设和为第i次从接收到的语音信号中选取的两个信号，其中i∈[1,n]，对两个语音信号进行分解，采用所有测量数据到与其最近直线聚轴的距离之和作为标准，选出最为疏远的两个子信号，记为和并将Z1和Z2组合为Z＝[Z1Z2]，根据预先设置的阈值，截断一部分小分量系数，消除噪声对语音质量带来的影响，对上一步得到的系数进行对称处理，将所有的信号点移至正半面，如果测量数据的第一个坐标z1＜0时，Z＝-Z；否则，Z＝Z；
将聚类中心角度θ空间进行Kθ均匀等分，其中k＝1,…,Kθ。
计算每一个θk处的势函数φ(θ)值；
统计势函数在整个角度θ空间上的峰值数Ni，得到初始信号数量的估计值；
重复上面的步骤，直到i＝n时停止，统计所有估计得到的初始信号数量。
5.如权利要求4所述的信息安全环境的虚拟现实系统，对加密语音的语音解密过程包括：
首先从加密语音帧中截取每帧切分的语音段个数、语音段长度、语音段信息和N个加密语音段信息，并利用密钥种子、没每帧语音段个数、语音段长度基于密钥信号生成算法重建密钥信号，然后，将密钥信号与N个加密语音段信号组合，在应用适于分离语音信号的分离算法对组合后的信号进行分离，得到解密语音段信号和密钥信号的恢复信号。
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