CN1163030A

CN1163030A - 具有声编码加密译码器的数字无线电设备

Info

Publication number: CN1163030A
Application number: CN95195387.7A
Authority: CN
Inventors: D·I·施韦德
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JPH11505678A; DE69520217D1; FI970552A0; EP0775398B1; WO1996005670A3; EP0775398A2; FI970552A; CN1145301C; WO1996005670A2; AU3361895A; US5592556A; DE69520217T2

Abstract

一种新的数字无线电设备包括所有集成在单个集成电路芯片模块上的codec。声编码器和加密/解密处理。根据不同的操作模式(例如，只加密/解密，只声编码或者加密/解密和声编码)提供了很大的灵活性。无线电设备控制处理器总开销显著地减少，因为无线电设备控制处理器不需要在codec、声编码器和加密/解密过程和/或部件之间转移数据。该模块内的内部执行程序处理所有声编码器和加密命令与数据处理。提供特别的同步技术方案同步收发信机modem速率与语音处理速率。单片语音处理模块足够灵活，允许用户定义、写、装入和使用它们自己的加密解密程序而不需要新的掩模ROM。

Description

具有声编码加密编译码器的数字无线电设备

本发明涉及通过空中发送与接收数字信号的数字无线电设备。更具体地讲，本发明涉及用于编码和解码发送的和/或接收的数字信号的数字无线电设备的数字无线电信号处理。又更具体地讲，本发明涉及用于有效地和经济地“声编码”和加密/解密经过空中发送和/或接收的数字化的语音信号的一种数字无线电设备结构和处理技术。

在过去，双向无线电收发信机以模拟形式发送和接收语音信号。在发射机由话筒产生的音频语音由模拟电路放大和处理，并且加到RF发射机，用于“调制”RF载波信号。承载这个模拟音频信号的RF载波经过空中发送和由接收机接收。接收机“解调”所接收的RF信号，以便恢复模拟音频信号，然后放大并加到扬声器。这样，在接收机端的人可听到在发射机端的人所讲的话。

越来越遍及通信工业，数字信号处理技术正在代替模拟技术。现代双向无线电收发信机采用重要的数字信号处理能力，并对数字信号执行在模拟域过去常常执行的许多处理。图1是由现代数字双向无线电设备执行的一些数字信号处理实例的图示。

图1表示两个无线收发信机50A、50B。每个收发信机50A、50B可发送或接收。在图1中，在左侧的收发信机50A以发送模式表示，而在右侧的收发信机50B表示在接收模式工作。因此，在发射机50A所讲的语音经过空中在无线电波W上传递到接收机50B，在该接收机端的某个人可听到该语音。

为了通过空中发送信号，用户对在发送无线电设备50A的话筒52讲话。话筒52变换用户的话音声音为模拟音频信号。这个模拟音频信号加到数字变换过程54，变换模拟音频信号为数字信号。然后得到的数字信号由压缩过程56“压缩”。这个“压缩”的目的是降低数字信号的总“数据速率”。通过将数字信号挤压入较小的“带宽”，在无线电信道的窄带宽中，无线电50可取得较高的语音保真度(频率范围)。

然后压缩的数字信号加到加密过程58。加密过程58使用称为“加密”(亦称为“译成密码”)的特别算术变换来转换数字信号为一个形式，这个形式对于不知道转换该信号回到它们原始(“清楚”(clear)或“明文”)形式所需要的特别反“解密”变换的任何人是不可懂的。加密通过防止窃听者未经许可拦截通信而懂得通信的内容来保证通信的安全性。加密过程58的输出被加到调制过程，该过程以加密的数字数据“调制”RF载波。该RF载波被加到天线62a，经过空中辐射。

在接收模式中的无线电设备50B接收发送在其天线62b上的RF信号和“解调”该RF载波，恢复由发送无线电设备50A内的加密过程58产生的原始数字信号。解调过程64是调制过程60的逆过程。这个恢复的加密数字信号加到解密过程66。解密过程66执行加密过程58的逆过程因此变换接收的加密数字信号回到未加密的(“明文”)数字信号。这些“清楚”的数字信号通过“扩展”过程68运行，扩展过程执行压缩过程58的逆过程。得到的解压的数据信号加到模拟变换过程70的输入，该过程执行无线电设备50A中的数字转换过程54的反过程，即它转换数字信号回到模拟信号。这个模拟信号被放大并加到扬声器72。扬声器72转换模拟信号为声波，使得在该接收侧的人可听到由在发送端的人所讲的相同声音。

在本发明之前，由艾利逊GE移动无线电通信公司(本发明的受让人)制造的和销售的数字无线电设备使用单独的集成电路芯片实现“codec”过程54、70；压缩/解压过程56、68；和加密/解密过程58、66。例如，艾利逊GE公司的先前的MPA、MPD和AEGIS数字化双向无线电产品使用市场上可买到的称为“codec”(编码器和解码器)的芯片实现模-数和数-模转换过程54，70。这些先前产品使用单独的编程的数字信号处理器(DSP)芯片实现“声编码”过程56、68，在发送端压缩数字信号，而在接收端扩展该数字信号。在这些产品中使用市场上可买到的加密/解密ASIC芯片在每个过程56、66中加密和解密数字信号。

在这些产品中，无线电控制处理器(另一个微处理器芯片)用于协调codec、声编码器DSP和加密器/解密器ASIC芯片之间的工作。这个另外的微处理器芯片(典型地这也为整个无线电设备提供所有的高级控制功能)在codec芯片与声编码DSP芯片之间、声编码DSP芯片与加密器/解密器芯片之间、和加密器/解密器芯片与收发信机modem之间移动语音数据。这些数据的转移是异步的，并要求控制微处理器重新格式化该数据为在这些转移步骤的每一步转移都符合codec芯片，声编码DSP芯片和加密器/解密器芯片的要求。这些实时功能对控制微处理器施加了重要的时序限制，因为它要求几个不同的数据协议，一个数据转换过程和对时序敏感的实现方法。另外，这三个芯片结构(除该控制微处理器外)具有增加无线电设备的成本和限制其灵活性的缺点。

为了解决这些问题，已设计一个混合的信号、数字信号处理器来在单个芯片中组合codec、声编码和加密处理。简言之，根据本发明的优选实施，单个数字信号处理器模块(DSP)实时地以集成的方式执行“声编码”过程(语音压缩与解压)和加密/解密过程。最佳实施例采用一个包括一个内置模数变换器与数模变换器的DSP芯片，使得“codec”过程也可集成入相同的语音处理模块中。因此本发明提供的语音处理模块实时地实现任何/所有的模/数变换、语音声编码和加密/解密而无需该无线电设备控制处理器的参与。优选实施方案的语音处理模块将无线电设备控制微处理器与声编码和加密操作之间的数据转换隔离。这导致较少的数据混乱和较少的命令。因此，控制微处理器不再要求以高优先级中断出现数字语音处理。另外，在无线电设备控制微处理器和语音处理模块之间只需要一个新协议。

本发明提供的一些特性和优点包括：

●codec、压缩和加密功能都组合在单个数字信号处理器集成电路芯片内。

●压缩和加密是以实时集成方式执行而无需由控制处理器外部干预。

●语音处理模块和无线电设备控制处理器之间的协议提供有效的数据转移，而无需无线电设备控制处理器过度加载。

●在语音处理模块内的内部执行程序处理声编码器/加密命令和数据处理。

●用户定义的加密特性。

●自动地处理的Modem/codec同步。

●DES加密直接地集成到无线电产品的软件中。

●更少的芯片。

●较少的控制处理器负载。

●灵活性增加。

●无线电设备控制处理器可控制语音处理模块作为独立加密器/解密器工作。

●可以选择地只进行声编码、或只进行加密或进行声编码和加密的实时语音处理。

本发明提供的这些和其它特性及优点通过下面结合附图的本发明目前优选实施方案的详细叙述可以更好地和更完全地了解，附图中：

图1是在典型的现代数字双向无线电系统内执行的信号处理操作的图解表示；

图2是根据本发明的数字无线电收发信机的目前优选实施方案的图解方框图；

图3是表示图2中所示的无线电设备控制微处理器与语音处理模块之间的互连的更详细的图解图，而且还表示语音处理模块内的一些结构的细节；

图3A和3B表示由本发明提供的语音处理模块集成电路芯片的一个例子的外视图；

图4A和4B是由分别处于发送和接收模式的图2的语音处理模块执行的整个处理的图解表示；

图5是语音处理模块命令处理的高级图解表示；

图6是由图2中所示的语音处理模块提供的微处理器寄存器接口的图解表示；

图7是图4A和4B中所示的一个实例的加密/解密过程的图解表示；

图8A和8B是分别处于发送模式和接收模式中的图2的语音处理模块执行的步骤的更详细的信号处理流程图，用于声编码和加密/解密或只是声编码；

图9A和9B是由图2中所示的语音处理模块执行的处理的更详细的信号流程图，该语音处理模块分别用于加密和解密而无声编码；

图10是图2中所示的语音处理模块的存储器安排的图示；

图11是在空中的信令格式的一个实例的图示；

图12A和12B是由无线电设备控制处理器控制语音处理模块分别发送和接收声编码的信号所执行的示例的程序控制步骤的流程图；

图13A和13B是分别在发送和接收模式中由无线电设备控制处理器声编码和加密(解密)信号所执行的示例的程序控制步骤的流程图；

图14A和14B一起是由无线电设备控制处理器控制语音处理模块声编码(压缩)语音和在发送模式使用DES加密来加密它所执行的示例程序控制步骤的流程图；和

图15A和15B一起是由无线电设备控制处理器使用DES通过控制语音处理模块解压和解密接收模式的语音所执行的示例程序控制步骤的流程图。

图2是根据本发明的数字无线电收发信机(“无线电设备”)的目前优选的示例实施方案的图解方框图。无线电设备100包括一个无线电设备控制处理器(“RCP”)102，一个语音处理模块(“SPM”)104和一个数字发送器/接收器模块106。RCP102通过常规的微处理器数据总线107与SPM104和无线电设备100的其它部件通信。无线电设备控制处理器102可包括一个常规的高速微控制器，它执行基于存储在RAM/ROM110中的程序控制指令的功能。RCP102例如通过监视由用户输入命令的用户控制器114给无线电设备100提供“大脑”；使显示设备112给用户显示信息；激励/去激励(而且还控制)发送/接收模块106；和控制SPM104工作。

在图2中可看到，SPM104通过微处理器数据总线107接到RCP102。SPM104还接收作为输入的话筒116的放大的音频模拟输出(opamp120起着放大器的作用)。SPM104包括一个内置16比特线性模数变换器136(见图3)，它经过放大器120接到话筒116。A/D变换器136以常规的方式变换由话筒116提供的模拟信号为16比特数字字。SPM104还产生一个模拟音频输出，在加到扬声器118之前由运算放大器122放大。SPM104包括另一个16比特线性数模变换器138，它变换由SPM提供的数字信号为模拟信号，经过放大器122加到扬声器118。

再参见图2，数字发送器/接收器106包括一个双向modem109。当发送器/接收器106接收和成功地解码数字数据时，它将接收的数字数据放置在modem109内的数据寄存器中，然后通知RCP102(例如经过“中断”)已收到数据。类似地，RCP102使发送器/接收器106通过写入数据到modem109来发送数据。优选实施方案中的modem109一次操作8比特的数据。因此，在优选的实施方案中，RCP102必须保持必要的常规缓冲和流量控制，以便在modem109和本优选实施方案所使用的空中数字协议在相当高的数据速率(9600波特)时防止modem数据下溢和上溢。

仍然参见图2，假定无线电设备100以接收模式工作，使得被接收的数字数据在到modem109的微处理器接口上一次出现一字节。本优选实施例中的RCP102读出这个接收的数据，检查看它是否是语音数据，如果是，将它写入SPM104的“语音数据寄存器”。事先RCP102将命令写入SPM104，指示SPM如何处理它写入该SPM的数据。以下语音处理选择在优选实施方案中的接收模式是可能的：

(a)扩展、变换为模拟信号并提供给扬声器118；

(b)扩展、解密、变换为模拟信号并提供给扬声器118。

在发送模式(即在用户按下“通话”按钮时)，在优选实施方案中RCP102必须以9600波特速率提供数字数据给modem109。在这种情况下，RCP102控制SPM104开始数字化来自话筒116的模拟信号为数字形式。RCP102可控制SPM104：

(a)从模拟变换为数字的，和压缩该数字信号；或者

(b)从模拟变换为数字的，压缩和加密该数字信号。SPM104执行由RCP102指示的处理和经过SPM“语音数据寄存器”一次一字节地提供处理的数字数据给RCP102。同时RCP102构成包括“标题”和其它信息的发送协议数据流，并且发送这个数据流(包括由SPM104提供的插入的语音数据)到modem109，以便传输。

有时，无线电设备100必须处理加密的数据而不加密的语音数据。通信协议内的一些非语音数据单元可被加密(例如，无线电设备100可从移动数据终端收发加密的数据)。在这种情况下，RCP102可控制SPM104作为加密器/解密器工作无需实时处理语音数据。在这个模式，SPM104将加密(解密)由RCP102经过“语音数据寄存器”发送给它的数据，并且经过该“语音数据寄存器”将所得到的加密(解密)后的数据返回给RCP，以便进一步处理(例如，在移动数据终端上显示，传输等等)。

语音处理模块结构的细节：

图3是表示RCP102与SPM104之间互连的详细图示图，而且还表示SPM的一些内部结构细节。在本优选实施方案中的SPM104包括由基于位于Norwood，MA02062的模拟设备公司所制造的ADSP-21msp56模型的一个混合信号处理器。ADSP-21msp56A混合信号处理器是具有一个高性能模拟前端的一个完全集成的、单片数字信号处理器。ADSP-21msp56由制造商优化，用于语音频段的应用，诸如语音压缩、语音处理、语音识别、文本-语音转换和语音-文本转换。ADSP-21msp 56包括ADSP-2100dsp的基本结构，并加上两个串行端口，一个主接口端口，上面讨论的模拟前端，一个可编程的时序器，扩展的中断能力，以及在芯片中的程序和数据存储器。有关这个数字信号处理器设备的详细信息可在以下出版物中找到：

“具有主接口端口ADSP-20msp 50A/55A/56A的混合信号处理器”(1990年9月模拟器件)；

“ADSP-21msp 50-51-55-56 1990年9月数据页附录”(1992年7月，模拟器件)；

“具有主接口端口ADSP-20 msp 50A/55A/56A的混合信号处理器”(模拟器件，1993年版本A)；

“ADSP-21系列用户手册”(Prentice Hall，1993)；

“ADSP-2100系列装配工具和模拟器手册”(模拟器件第1版，93年11月)。

在优选的实施方案中，握手与命令/数据信号经过数据总线107在RCP102与SPM104之间传送。另外，在RCP102与SPM104之间连接三条专用控制线：

主中断线126(由SPM输出并加到RCP的中断输入)；

掉电控制线128(由RCP输出并加到SPM的控制输入)；和

复位控制线130(由RCP输出到SPM的控制输入)。

通过这些专用控制线126、128、130，RCP102控制SPM的复位和加电线，而且SPM能够“中断”RCP。SPM104使用其输出标志位Fo中断RCP102。输出标志位从高变为低来初始化一次RCP中断。输出标志位从低变为高来清除该中断。

图3A和3B分别表示本优选实施方案的SPM104水平面的侧视图和顶视图。如在图3A中所示的，SPM104在形式上包括具有100条导线或引线PB的一个扁平的PQFP组件PA。图3B表示一个示例的“管脚引出线”，包括用于一个模拟输入、一个模拟输出的引线，复位线130，主中断请求线126，掉电线128，数据线及地址线。图3B还表示允许RCP102存取SPM104内的内部寄存器的线“HD7-HD0”。

SPM 104的存储结构：

在优选的实施方案中，SPM104内的寄存器是在RCP102的地址空间内的，正如任何其它存储单元一样，RCP102可直接地存取它们。SPM104包括用于提供这些寄存器的一个内部双端口存储器132。SPM104内的核心DSP处理器134和RCP102二者可存取该双端口存储器，在这个意义上说，这个存储器132是“双端口”。存储器132具有内置信号交换状态，以便在读和写期间使SPM104和RCP102不争用数据存储单元。

图3表示SPM104包括一个附加的RAM140和ROM142。在本优选实施方案中RAM140和ROM142是在SPM104芯片上。ROM142用于存储SPM104的程序指令，而RAM140可用于存储程序指令和/或数据。图10是在SPM104中RAM140和ROM142的大概的存储器分配的图解表示。RAM140包括指定为“程序RAM”140A的一部分RAM和指定为“数据RAM”140B的另一部分RAM。程序RAM140A在提供存储由SPM104执行的指令方面补充程序ROM142。因此，在本优选的实施方案中，一些软件程序可以作为固定程序ROM142以带掩模的ROM形式按“固件”方式嵌在SPM104芯片上，而其它的，附加的，或不同的软件程序可由RCP102动态地提供给该SPM，由程序RAM140A之外的SPM执行。

程序RAM140A提供了很大的附加的灵活性。例如，用户可以编写用于SPM104的它们自己的加密/解密软件程序，然后在接到无线电设备控制处理器102的非易失存储器110中存储这些程序。在加电时或在其它的合适的时间，RCP102可从RAM/ROM110中读出这些程序，并且将它们加载入SPM104的程序RAM140A中，由该SPM执行。这样，用户可以定义他们自己的合适的加密/解密程序，并且将它们加载入无线电设备100的“个人专用PROM”存储器，而根本不涉及无线电设备的制造商。另外，借助于在随后改变或加上的由SPM104执行的附加的软件提供了进一步的灵活性。

为了便于和使用户能够写入他们自己的语音处理模块104的软件程序，本优选实施方案分别预留一块SPM程序RAM500和一块SPM数据RAM502用于用户软件程序和用户数据结构。这给予用户在根据他们的需要写入他们自己的软件程序时很大的附加的灵活性。

为了增加进一步的灵活性，本优选实施方案使用一个“转移”(iump)表，以便调用SPM104软件程序。特别是，当SPM104经过主命令寄存器HDR5接收命令(例如，初始化密码串，写密码串，加密数据，等)时，SPM查阅数据RAM140B中的表确定该程度的开始地址。SPM104获取那个地址，然后转移控制至那个地址的指令来实际地执行所调用的程序。使用这个“转移”表，在SPM104内的所有的代码变成“可再定位的”，因为为了一个程序替换另一个程序需要进行的唯一改变是改变在“转移”表中规定的转移地址。这个方案的好处在于用户的加密算法可放置在可再定位存储器中，因此使用户能够选择和改变实际加密算法的长度和位置，而不需通知或涉及无线电设备100的制造商。这也允许新的软件无缝地代替存储在SPM104的掩蔽ROM中的过时的软件。由于所有带掩模的ROM调用都通过RAM140B，从该带掩模的ROM中“标出”坏的算法并将它重写入RAM成为可能。

SPM104的软件控制：

SPM104内最高级的软件称为“EXEC”(可执行的)。EXEC软件处理灵活的语音数据路由选择和供给(Service)算法规定的数据及控制要求。一般地讲，“EXEC”软件提供以下总的功能：

声编码(即，在发送模式中的声音“编码”和在接收模式中声音“解码”)；

加密/解密；和

命令处理。

SPM104中的代码允许声编码和加密同时工作。还希望允许独立的声编码和加密/解密操作。

由SPM104执行的软件包括一个“命令处理程序”，它接收和处理算法规定的输入参数和模式选择，并且传送这些参数和选择到合适的语音处理功能块。该命令处理程序返回算法规定的输出参数和状态信息给RCP102。图5中示出该命令处理程序功能158及其与声编码和加密/解密功能的关系的高级图解表示。

一旦RCP102使用该“命令处理程序”传送命令给SPM104使得SPM处于实时语音处理模式，该SPM执行软件指令实时地处理语音数据。图4A概述处于发送模式的SPM104内的语音数据流向。如图4A中所示的，由A/D变换器136提供的数字化的语音首先经适合的声编码器变换150“编码”压缩，然后在输出到RCP102之前由加密过程152加密。作为一个选项，加密功能152可被旁路，使得语音只经声编码而不被加密。另外，如上所提到的，RCP102可使用SPM104作为一个独立的加密器，因此在“旁路”声编码器功能150的同时通过加密器功能152来传送这样的数据。

图4B是由接收模式的SPM104执行的语音数据处理的图解表示。如图4B中所示的，SPM104从RCP102接收语音数据并传送该语音数据，通过解密过程154然后再通过合适的声编码(扩展)过程156。由于这个原因，声编码器功能块156在给D/A变换器138提供解密的数字语音用以变换至模拟形式之前对它进行“解码”(即扩展)。在本优选实施方案中得到的模拟音频信号被加到扬声器118。作为一种选项，RCP102可控制SPM104旁路解密功能块，使得数字化的语音只被声编码而不用解密(这在接收“明文”、未加密的语音信号时使用)。另外，如果希望，RCP102可使用SPM104作为一个独立的解密器，来使得RCP接收由解密功能块154解密的数据而不用通过声编码器功能156。

有关声编码情况：

SPM104的声编码器功能150、156压缩和扩展数字音频比特流。压缩减少了表示语音的一个时序段或帧所要求的比特数。这个较小的比特数可更有效地处理和发送。扩展必须“消除”压缩的过程。它增加在数模变换前的比特数。艾利逊-GE公司目前使用两类的常规子带声编码器。这些编码器称为“VOICEGUARD”和“AEGIS”。本优选实施方案的SPM104支持这两形式的声编码。“VOICEGUARD”声编码得到听起来与“明文”、未声编码的音频不同的音频。其特征在于四个子带、倍频程间隔、180-290Hz的频率响应、一个固定比特分配(3，2，2，1.3)、混合的BCPCM/APCM和频谱漏断(spectralhole)。“AEGIS”声编码得到难以与明文、未声编码的音频区别的音频。“AEGIS”声编码的特征在于等宽度的八个频带(每个362.5Hz宽)，从DC到2900Hz的频响，根据输入数据的可变比特分配，全部的BCPCM和平坦的频谱响应。如上面所提到的，在SPM104中的声编码可由RCP102禁止。当出现这种情况时，模数和数模变换器也都被禁止。在这个模式中，RCP102不再同实时语音数据流共享SPM104的加密/解密功能，因此它可立即访问由SPM提供的所有加密/解密功能。

有关加密和解密的情况：

加密和解密是指为了安全保护而扰频和解扰频数据。无线电设备100主要提供加密和解密能力，保护空中音频传输不被窃听。图7是加密过程的一般框图。在这个意义上，“密钥”是一个比特序列，在数据转移之前在加密和解密地点该比特序列是固定的。“IV”是一个伪随机数(“初始化矢量”)，它与该“密钥”混合形成传输中的第一密码比特序列。IV可从与该密钥混合的“随机数”构成，以便在无线电设备加电之后形成第一密码比特序列。图7中出现的“密码”是一个比特序列，可由以下之一形成：(1)混合IV与密钥或者(2)混合先前的“密码”与该密钥。在更新之间，密码串用干扰频和解扰频的数据传输。因此数据清楚的明文使用密码串将它变换为加密的数据进行扰频。这出现在发射机端。采用加密和解密的EGE无线电系统要求在传输两端的用户共用相同的密钥。它们还要求用户共用相同的IV。如果满足这些条件，其结果是系统在接收机和发射机二者共享相同的密码串C。共享相同的密码串允许接收的无线电设备解密输入的语音。因此，本优选实施方案提供三种不同的加密/解密类型(除了能够使用附加的或其它的用户定义的加密方法之外)：

VGE(一种EGE专有加密算法)，

VGS(一个瑞典用户加密算法)，和

DES(由美国商务部开发的一种加密技术，在FIPS46和其它的美国政府文件中有叙述)。

在接收端，“密码”和“IV”与在发送端使用的相同，而且“密码”串的计算在发射机与接收机之间是同步的，使得其各端以相同的“密码”串结束。由于“密码”串用作可逆(invertible)变换块(XOR)的输入，与图7中所示相同的安排可用于在接收机解密已知密的数据为明文数据。因为，如果P是明文数据，E是加密的数据和C是密码串，则

E＝PXORC(这是“加密”)

P＝EXORC(这称为“解密”)。

如果无线电设备100装备用于加密，则在SPM开始加电时必须执行一些加密命令。特别是，RCP102发出“只加密”操作的命令，然后发出命令使所有密钥为零，之后发出命令“加载”密钥。这是一个一次性的操作，用于初始化无线电设备100。如众所周知的，密钥可从经过串行数据连接接到无线电设备100的外部密钥加载设备加载。有关常规的加密和解密过程实施、密钥存储等的更多的信息可从标准教科书中找到，诸如Schneier，Bruce的“应用密码学(Applied cryptography)”(Wiley&Sons，1994)。

SPM 104内的流水线处理：

在优选的实施方案中，SPM104使用一个“流水线”(pipeline)方法实时处理数字化的语音。在SPM104内，数据是以不同的速率和格式在各个处理器之间转移。这些数据速率和格式限制了声编码器和加密功能。它们还需要使用存储缓冲器。

图8A是数据流经由SPM104执行的示例发送模式“流水线”处理的各极的图解流程说明。A/D变换200接受模拟语音作为其输入，而且在优选的实施方案中每165微秒产生一个16比特的字。这个数据流传送到循环缓冲器202的输入，在本优选实施方案中它包括180个数据字。在处理器执行时间期间循环缓冲器202存储有用数据的语音帧并保持样值。在本优选实施方案中循环缓冲器202的输出是每22.5毫秒128个16比特的字。这个输出传送到压缩功能204，它在本优选实施方案中每22.5毫秒提供204比特的压缩数据(25.5字节)。压缩器204的输出暂时存储在26字节长非循环缓冲器1206中。缓冲器206的目的是在准备下面的加密操作208中调准“四比特字节”(即半字节)。加密操作是实时地进行的，在优选实施例中每22.5毫秒加密25/26字节。由加密操作208输出的加密数据流暂时地存储在非循环缓冲器2210中，非循环缓冲器210一次输出一字节的数据流，并在该优选实施侧中每22.5毫秒输出25/26字节。非循环缓冲器210提供由RCP102异步读出。RCP102通过存取SPM104语音数据寄存器执行这些读操作。

也如图8A中所示的，如果该数据未加密，则非循环缓冲器1206的输出直接传送到非循环缓冲器2210的输入端。

图8B是由工作在接收模式的优选实施例的SPM104以流水线方式执行的处理示例流程图。经过空中接收的数据由数字发射机/接收机106解调并且在优选实施方案中传送给RCP102。通过将这个数据写入SPM104语音数据寄存器，RCP102在逐字节的基础上提供这个数据给SPM104。

SPM104接收由RCP102写入SPM语音数据寄存器的数据，并且暂时地存储在非循环缓冲器2210中。由于优选实施方案中无线电设备100只工作在半双工模式，在发送模式和接收模式之间可共享相同的数据结构210(即在半双工工作期间它未曾同时用于发送和接收)。因此，在接收模式，非循环缓冲器2210提供由RCP102的异步写入和每22.5毫秒提供25/26字节给实时解密过程212，该过程212实时解密这个数据流。解密过程212的解密输出存储在非循环缓冲器1206中。如果解密过程212被旁路，则非循环缓冲器210直接提供其输出到非循环缓冲器1206。在接收模式中，非循环缓冲器1用于对解密的数据流执行半字节调整，并实时传送25/26字节到解压缩过程214。解压缩过程214每22.5毫秒解压缩204比特(25.5字节)，并每22.5毫秒提供一个128个16比特(解压缩的)字的输出。这个解压缩的数据流由循环缓冲器202暂时存储，在处理执行时间期间循环缓冲器202存储有用数据的语音帧和保持采样值。循环缓冲器202提供其输出给D/A变换过程216(由硬件中的D/A变换器138执行)，产生提供给扬声器118的模拟语音输出。

图9A和9B表示在SPM只用于加密时分别用于发送模式和接收模式由SPM104执行的示例的流水线处理。在这个只加密模式中，SPM104不用于处理音频输入或实时产生音频输出，其仅有的工作是作为“独立”的加密/解密模块。它接收由RCP102提供的数据，加密或解密该数据和提供加密的或解密的数据回到RCP102。因此，在如图9A中所示的发送模式中，RCP102每次一字节地将要被加密的数据写入SPM104语音数据寄存器中。这个数据暂时地存储在非循环缓冲器2210A。加密过程208每次操作8字节的数据，一起加密所有的8个字节，并返回加密的结果给非循环缓冲器2210。非循环缓冲器2210经过语音数据寄存器由RCP102提供异步读出。图9B表示在RCP102要进行解密而不是加密时使用解密功能212代替加密功能208所执行的类似的操作。

空中传输数据的帧格式：

在讨论由RCP102执行的一些更详细的操作以便与SPM104进行交互之前，说明由EGE无线电设备100使用的空中数据协议以便于数字数据通信是有益的。图11是示例的空中数字协议的图解表示。有关这个总的协议的更多信息可在EGE的已授权给Szczutkowski等人的美国专利4757536中找到。如图11中所示的，以发送前置码“PRIV”250开始传输，前置码“PRIV”250是“前置码IV”的缩写。前置码IV250是一个传输“标题”，它包含无线电设备对无线电设备的同步方式和初始加密初始化矢量(IV)的多个副本。前置码250之后有多个帧252，每帧包括一个帧标题字段254和多个(即10个)语音信息包256。帧标题254包括密码的和比特同步信息，包含单份目前加密初始化矢量的拷贝(用于随后条目和进行密码同步)。每个语音信息包256包括已被参数化为25.5字节数字语音数据的22.5毫秒的语音段。

对SPM104流水线周期时间的限制：

优选实施方案的“流水线”要求加密功能以25，26和8字节块(chunk)处理语音。这是通过调用如在输入参数中以字节数参数化的加密/解密功能实现的。流水线要求语音声编码器只压缩和扩展完整帧。这产生帧之间的自动的22.5毫秒延迟。因为204比特(25.5手节)是在22.5毫秒帧中产生的，语音数据速率可表示为20比特/22.5毫秒。另一种说法，语音数据速率是每秒9075比特。实际语音数据速率可取决于晶体振荡器的容差和采样率的调节而变化。

在本优选实施方案中SPM104被时序在9.8304MHz的频率。可以使用晶体的或时钟振荡器。SPM104的指令速率等于其时钟频率。换句话说，SPM104每秒执行9830400个指令。而且，A/D变换器136和D/A变换器138的板上模拟codec采样率正比于该时钟频率。9.8304MHz的时钟频率产生6.049477KHz的采样频率。在优选实施中，取样频率在codec/vodec接口以17/18(发送模式)或18/17(接收模式)为因子变换来改变语音速率为由前面的EGE AEGIS和VOICEGUARD声编码器所使用的值。

流水线要求一些校正。特别是，加密功能需要对每个空中帧做一个最后的写入，而且数据速率必须从RCP102每个命令进行调节。至于到RCP102的接口，对数据转移和命令执行的严格时序变得清楚了。特别是，声变码器功能要求RCP102以少于22.5毫秒转送25/26字节语音数据块(chunk)。加密/解密功能还强加上时序限制。为了产生新帧标题IV，该帧标题IV出现在每个EGE数字帧的开始，加密程序必需对每个空中语音帧都能被存取。这必须在以下任一情况之前完成：(i)新语音数据从RCP102传送到SPM104，用于加密(接收模式)或者(ii)声编码器重写其数据缓冲器到加密器(发送模式)。在这两种情况，语音数据字节转移应在RCP102中断的15毫秒内出现，而新帧标题IV的产生在最后一个空中语音数据字节转移之后一至五毫秒之间出现。

由于这些流水线过程必须实时地操作，SPM104的周期时间是很有限的。因此，重要的是使用常规技术使对于各个流水线处理操作的每个操作SPM104必须执行的指令数最少。下面是一个优选的AEGIS声编码器发送模式和接收模式的示例的存储器容量和工作周期的例子：

发送模式AEGIS

模块	周期
模块	周期	输入滤波器组	9000
量化缓冲器	-	输入滤波器组	9000
量化缓冲器	-	统计	800
增益编码	700	统计	800
增益编码	700	比特分配	400
样值编码	5000	比特分配	400
样值编码	5000	差错保护	600
总编码器	1650	差错保护	600

注意，AEGIS发送占用16500指令。指令率是9.8304 MIPS(每秒百万个指令)。因此，AEGIS语音帧压缩占用1.678ms。

接收模式AEGIS：

模块	周期
模块	周期	差错解码	600
增益解码	250	差错解码	600
增益解码	250	Deburp	80
比特分配	400	Deburp	80
比特分配	400	样值解码	1800
零带填充	270	样值解码	1800
零带填充	270	输出滤波器组	9000
总解码器	12400	输出滤波器组	9000

注意AEGIS接收占用12400个指令。指令率为9.8304 MIPS。因此一个AEGIS语音帧扩展用了1.261ms。

总之，该AEGIS声编码器处理块至多用1.678毫秒执行。这个执行时间是可接受的，因为它小于由优选实施方案数字无线电设备100发送和接收的空中信令的帧速率。这证明VOICEGUARD优选实施方案声编码过程比AEGIS用了较少的全部周期，因此对实时处理不提出重要限制。

由RCP102执行的控制步骤：

图12A是为了使整个无线电设备100只做声编码但不加密语音数据而在发送模式中由RCD102执行的示例的程序控制步骤的流程图。为了开始这个过程(例如对应于按下PTT或无线电设备100的通话按钮)，RCP102通过控制图3所示的掉电线128(方框300)使SPM104从掉电进入加电。使SPM104加电或掉电不只是要求使电进入线128。特别重要的是弄清楚当SPM104处于空闲模式时它从来不掉电。这将产生不可恢复的处理器差错。下面是由RCP102执行的“掉电”顺序的适当例子：

(1)HOST发送命令给ADI跳过IDLE(空闲)模式。

(2)ADI发送状态给HOST，命令成功地完成。

(3)HOST使掉电引线变低(掉电)。

(4)ADI发送状态给HOST，命令成功地完成。(ADI报告有关掉电引线状态变化的状态)注意在步骤(4)中掉电确认必须在加电顺序中掉电引线变高之前出现。

为了加电SPM104，RCP简单地设定掉电线128“高”，然后可读状态寄存器HDR 4来看该命令成功地完成。

一旦SPM104加电，RCP102激活声编码器发送功能来提供AEGIS、VOICEGUARD，或者由通过将合适的命令写入该命令寄存器HDR5的方式提供的其它合适的声编码。为响应这个命令，SPM104开始数字化和声编码从话筒116接收的模拟信号，并且经过语音数据寄存器将它们输出到RCP102。每当准备好由RCP102读出新数据，SPM104通过认定图3中所示的中断线126中断RCD。当收到该中断(判定框304)，SPM104读语音数据寄存器(方框306)，并继续这样做直到SPM104不认定该中断线。另外，RCP102确定是否在产生一个新的、空中帧标题254(见图11)(方框308)。如果正在产生新的空中帧(判定方框308以“是”退出)，则RCP102可能需要“切去”或“加上”样值(方框310)。

在优选实施方案中，SPM104每接收和发送25/26字节语音数据就中断RCP102。更具体地讲，在发送模式，当语音帧(25/26字节)数据准备好发送时，SPM104在主中断线126上产生主中断。当RCP102从语音数据寄存器HDRO读出语音帧(25/26字节)的最后字节时SPM104清除该中断。在接收模式中，当SPM104需要语音数据时，SPM在线126上产生一个主中断。当RCP102写语音帧(26/25字节)的最后字节到语音数据寄存器HDRO时SPM104清除该主中断。在优选实施方案中，语音数据为“数据包的”格式。换句话说，这些比特以相同于modem中的格式存入SPM104中及从其中取出。在发送模式，这些字节以语音帧块从SPM104发送到RCP102。这些块的大小从25字节到26字节切换。注意“FF”的哑值(dummy value)优先于语音帧块。RCP102读出然后丢弃这个值。在接收模式中，这些字节以语音帧块再次从RCP102发送到SPM104。但是，这些块的大小将从26字节到25字节切换。在优选实施例方案中这个格式总结如下：

1语音帧(22.5ms的语音)＝204比特。

1空中帧＝2040比特。

25字节＝200比特。

26字节＝208比特。

5×25字节＝125字节＝1000比特。

5×26字节＝130字节＝1040比特。因此，一个空中帧等于10个26/25/26/等字节的交错传输。

因此，在优选实施方案中要求RCP102在22.5毫秒内响应这些语音数据切换。RCP102将从其接收modem语音数据缓冲器发送这些字节到SPM104，或者从SPM104发送这些字节到发送modem的语音数据缓冲器。因为在优选实施方案中RCP102使用的SPM104和modem的比特率不是从相同的实际设备锁定的，以及因为取样率变换不完善，RCP102语音数据缓冲器将陷入流水线问题，除非采取预防措施。

在发送模式中，SPM104将在该SPM的控制下传送字节到RCP102。RCP102将传送这个数据给一个modem以便传输。取决于modem的传输速率相对于SPM104的语音数据发送速率，由RCP102维持的modem将有超载运行(over-run)或低载运行(under-run)的数据。在接收模式中，SPM104在该SPM的控制下从RCP102请求字节。RCP102将传送接收的modem语音数据到SPM104。取决于modem的接收速率相对于SPM104的语音数据发送速率，RCP102的modem缓冲器将具有过载运行或低载运行数据。在这两种情况下，假定modem比特率与SPM104的比特率稍微不同步。

RCP104认识到存在问题，因为其modem语音数据缓冲器趋近于空的或溢出。在优选实施方案中，RCP102可命令SPM104校正modem/SPM语音数据同步问题。在优选实施方案中的这些功能称为“切去样值”和“加上样值”。这是它们如何被使用：“切去样值”功能用于防止modem缓冲器过载运行，而“加上样值”功能用于防止modem缓冲器低载运行。

在RCP102的命令下，优选实施方案的SPM104将改变在板codec数据缓冲器中样值的数量以便校正这个差错。在优选实施方案中，每个空中语音帧最多只有两个样值需要被“切去”或“加上”。而且，RCP102的modem缓冲器以每秒一字节的最大速率增长/缩小。给定这些事实，以下规定可用于切去和加上：

1)在发送模式中，如果modem缓冲器增长一字节则切去一个样值。

如果在下一个空中语音帧时缓冲器增长两字节，则切去两个样值。

2)在接收模式中，如果modem缓冲器缩小一字节则切去一个样值。

如果在下一空中语音帧时该缓冲器缩小两字节，则加上两样值。

在每帧的开始出现另一个复杂问题。优选实施方案中的声编码器将在每个语音帧产生输出。这个输出包括25.5字节。十个语音帧产生一个空中帧。换句话说，25.5×10＝255字节构成一个空中帧。注意255不被8整除。然而优选实施方案的加密算法每次操作8字节的数据。这个处理限制产生在空中帧的结束的“未定义的”密码串。因此产生新帧标题初始化矢量254难预定义。为了解决这个问题，在空中帧的最后语音字节加密之后一个最后的字节被写入加密器。这时，当得到新帧标题IV时，256字节将会通过该加密器。换句话说，将最后字节写入该加密器将在空中帧的结束产生定义的密码串。接下来，这又产生一个定义的帧标题IV254，这将开始下一个空中帧。在优选的实施方案中通过每255语音字节插入一个“哑”输入字节，SPM104自动地采用这个“最后字节”加密。同时，考虑SPM104在加密接收模式中执行的情况。已经给予RCP102一个请求，用于第十组的语音字节。RCP102编译和等待来自SPM104的指示，即加密设备已空闲可用于产生下一个帧标题初始化矢量。SPM104给予RCP102继续处理，通过“十一个中断”产生一个新帧标题。

在这时，SPM104必须释放中断线126的控制给RCP102。这是必须的，因为由不同加密技术要求的帧标题初始化矢量处理时间的可变化性。在优选的实施方案中，RCP102处理该帧标题初始化矢量。当RCP102完成时，执行SPM104的新中断迫使命令。这使SPM104释放当前中断(在RCP102超时之前)和迫使下一个语音数据的新中断。

图12B是在优选实施方案中为了控制SPM104以便在接收模式中声编码(即扩展)由RCP102执行的示例程序控制步骤的流程图。图12B表示的这些步骤类似于图12A所示的步骤，除了方框318用于在接收模式写接收的数据到语音数据寄存器(与如在图12A所示的在发送模式中从该语音数据寄存器读出相反)。

图13A是在优选的实施方案中为了声编码和加密经空中传输的数据由RCP102执行的示例程序步骤的流程图。如前所述，RCP102加电SPM(方框330)，然后通过提供一个合适的命令给SPM104命令寄存器激活加密功能(方框332)。然后RCP102规定用于加密过程的加密密钥的动作(方框304)，并加载和更新合适的初始化矢量(方框336)。然后RCP102从SPM104读出密码串CRYPTO，使得它可发送更新的初始化矢量以便在接收机与发射机之间保持密码同步(方框338)。接着通过写一个附加的命令到该SPM，RCP102激活SPM104的声编码器/加密发送功能(方框340)。这个命令使SPM104开始实时地声编码和加密从话筒116提供的信号，并且经过话音数据寄存器提供声编码的、加密的数据流到RCP102。

每当RCP102从SPM104收到一个中断(判定框342)，它读出语音数据寄存器(方框344)并提供结果给发送modem用于经过空中传输。另外，如果新的帧已开始(方框346)，如上所述的，RCP102“加上”或“切去”样值(方框348)。不管何时出现中断，RCP102周期地读出由SPM104目前保持的密码串并且在此基础上更新其密码串信息，以便允许它构成下一个帧标题254。

图13B是为了声编码和解密经过空中接收的信息由RCP102执行的示例程序控制步骤的流程图。根据收到加密的信息，RCP102检查所接收的标题信息以便识别进行呼叫的相关的组或单人，然后存取和规定到SPM104的合适的有效加密密钥(方框354)。然后RCP102确定它是否已收到传输前置码250(判定框356)。如果它已收到，则RCP102加载和更新合适的初始化矢量(方框358)。如果无线电设备100在接收加密的数据而RCP102未收到传输前置码初始化矢量250，则该无线电设备必须基于“晚进入”通信接收信号(判定方框356的“否”出口)。在晚入的情况下，RCP102写该密码串，它可从帧标题初始化矢量254(它提供晚入口和要进行的密码同步)导出到SPM104，以便初始化SPM到“目前”密码初始化矢量(方框360)。然后RCP102从SPM104读出密码串(方框364)，并最后激活声编码器/解密接收功能(方框366)。图13B所示的方框368～376类似于图13A的方框342～450，除了RCP102在这个情况下是写数据到语音数据寄存器，用于由SPM104进行的解密和扩展。

图14A～14B是由RCP102执行的示例程序控制步骤，它提供使用DES加密的在发送模式下声编码和加密(和图15A-15B表示由RCP执行的示例程序控制步骤，以便在接收模式中提供声编码和DES解密)。虽然这些步骤类似于图13A和13B中所示的步骤，但是稍有不同。例如，图14A中所示的方框416提供的是RCP102使用在方框408由该RCP读出的密码串进行64比特数据加密。这样做以便提供下一帧标题254的新的DES初始化矢量。如从图14A-14B、15A和15B可看到的，在所执行的步骤的整个流程中有一些微小的附加的小偏差。

有关RCP102如何命令SPM104的详细情况：

如上所述的，优选实施方案中的RCP102实际上具有在优选实施方案中详细控制SPM104的能力。如从上面的叙述中可知道的，RCP102与SPM104进行数字化地通信。SPM104提供用于通用目的全双工通信的并行端口。这个并行I/O端口允许SPM起着RCP102的存储器映象外围设备的作用，称为主接口端2(“HIP”)。HIP是一组8比特寄存器。这些HIP寄存器的示意图示于图6。六个寄存器(HRD5-HRDO)包含数据。其它两个HIP寄存器(HSR6，HSR7)包含状态信息。HIP数据寄存器可被认为是一块双端口存储器132。这些HDR寄存器可由RCP102和SPM104内的核心处理器134二者存取。HIP状态寄存器(HSR7-HSR6)给RCP102和SPM核心处理器134二者提供HDR的读-写状态。

在优选实施方案中，HIP寄存器之一(HDR5)用作命令寄存器，它只能由RCP102写入。RCP102通过写6比特到这个命令寄存器HDR5来写命令到SPM104。下面是用于命令寄存器内容的合适的命令定义的子集的例子：

●激活AEGIS TX：

初始化和激活AEGIS声编码器，用于解密的语音传输。

●激活AEGIS RX：

初始化和激活AEGIS声编码器，用于解密的语音接收。

●激活VG TX：

初始化和激活VG声编码器，用于解密的语音传输。

●激活VG RX：

初始化和激活VG声编码器，用于解码的语音接收。

●激活加密：

初始化和激活独立的加密。

●激活AEGIS加密TX：

初始化和激活AEGIS声编码器和加密，用于语音传输。

●激活AEGIS加密RX：

初始化和激活AEGIS声编码器和加密，用于语音接收。

●激活VG加密TX：

初始化和激活VG声编码器和加密，用于语音传输。

●激活VG加密RX：

初始化和激活VG声编码器和加密，用于语音接收。

●设定主中断HI(高)：

设定中断HI(高)

●设定主中断LOW(低)：

设定中断LOW(低)。

●装入加密密钥。

●将密钥清零。

●读密码串。

●写密码串。

●装入和更新IV：

使用装入的IV更新该密码。

●更新密码：

使用当前的密码更新该密码。

●规定有效密钥：

规定使用的加密密钥。

●处理64比特数据加密：

产生XOR-加密的数据。同时在需要时更新该密码。

●增加缓存的CODEC样值：

补偿主modem与ADICODEC速率之间的偏差。

●减少缓存的CODEC样值：

补偿主MODEM与ADICODEC速率之间的偏差。

●新中断强迫

逼使主中断复位高然后再返回低。用于加密。

在优选实施例方案中由SPM 104用于执行图8A、8B、9A和9B所示的流水线操作的示例软件程序的叙述清单附在本申请作为附件A。由于与这些程序相关的每个功能是很好地定义的，所以本领域的普通技术人员可基于本申请所包含的信息、模拟器件DSP的指导手册和这些人员可得到的其它信息开发SPM104执行的合适的详细软件。

优选实施方案中的状态寄存器HDR4用于允许SPM104通知RCP102有关该SPM的状态。在优选实施方案中，状态寄存器HDR4的两个比特的用途如下：

比特0命令成功

比特1命令失败。

信号交换(handshake)寄存器HSR6、HSR7在优选实施例中用于协调双端口存储器132的读和写。在该RCP写入相应HDR之前RCP102读信号交换寄存器HSR6。这样做以便确保RCP102没有覆盖SPM104还未处理的数据。在读状态和主读寄存器之前由RCP102读出信号交换寄存器HSR7的比特4。

优选实施方案中主写数据寄存器HDR3用于从RCP102传递数据到SPM104。要求由RCP102发送到SPM104的数据的一些命令如下：

零化密钥：

一个数据字节(实际4比特)被写入HDR3以表明哪个(些)密钥进行零化。

处理64比特数据加密：

八个明文数据字节被写入HDR3。

写密码字节：

八个密码字节被写入HDR3。

装入和更新IV：

八个IV数据字节被写入HDR3。

表明有效密钥：

表明使用的密钥地址的一个数据字节被写入HDR3。

加上样值：

包含要加上的样值数的一个数据字节被写入HDR3。

切去样值：

包含要切去的样值数的一个数据字节被写入HDR3。

主读数据寄存器HDR2用于从SPM104返回数据到RCP102。当完成时由SPM104执行的一些命令返回数据。在优选实施方案中，在出现真实数据字节之前，必须读出“FF”的哑字节并从该寄存器丢弃掉。以下是返回数据给RCP102的命令的例子：

读出密码字节：

八个密码数据字节从HDR2读出。

处理64比特数据加密：

八个XOR加密的数据字节从HDR2读出。

读出ROM版本：

包含ROM版本的八个数据字节从HDR2读出。

已经公开了一种新的数字无线电设备，它包括全部集成在单个集成电路芯片模块的Codec、声编码器和加密/解密处理。借助不同的操作模块(例如只加密/解密，只声编码或者加密/解密和声编码)提供了很大的灵活性。无线电设备控制处理器的总开销显著地减小，因为无线电设备控制处理器不需要在codec、声编码器和加密/解密过程和/或部件之间转移数据。该模块内的内部执行程序执行所有声编码器和加密命令与数据处理。提供一个专门的同步方案来同步收发信机modem速率与语音处理速率。单片语音处理模块是十分灵活的，能允许用户定义、写、装入和使用它们自己的加密/解密程序而不要求新的掩模ROM。

虽然已结合目前认为是最实用和优选实施方案的情况叙述本发明，但是应懂得本发明不局限于所公开的实施方案，相反，而是想要覆盖在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效的措施。

附件A

声编码器程序：

名称：Init_AEGIS_TX

描述：使用AEGIS声编码器初始化用于压缩语音的变量和指针。

输入：无

输出：无

名称：Init_AEGIS_RX

描述：使用AEGIS声编码器初始化用于扩展语音的变量和指针。

输入：无

输出：无

名称：Init_VG_TX

描述：使用VOICEGUARD声编码器初始化用于压缩语音的变量和指针

输入：无

输出：无

名称：Init_VG_RX

描述：使用VOICEGUARD声编码器初始化用于扩展语音的变量和指针。

输入：无

输出：无

名称：Comp_AEGIS_TX

描述：使用AEGIS压缩语音数据的窗口。

输入：来自循环数据输入缓冲器的128个16比特字。

输出：204比特到一个数据输出缓冲器。

名称：Expan_AEGIS_RX

描述：使用AEGIS扩展语音数据的窗口。

输入：来自数据输入缓冲器的204比特。

输出：128个16比特字到循环数据输出缓冲器。

名称：Comp_VG_TX

描述：使用VOICEGCARD压缩语音数据窗口。

输入：来自循环数据输入缓冲器的128个16比特字。

输出：204比特到数据输出缓冲器。

名称：Expan_VG_RX

描述：使用VOICEGUARD扩展语音数据窗口。

输入：来自数据输入缓冲器的204比特。

输出：128个16比特字到循环数据输出缓冲器。

加密/解密程序：

名称：Init_Crypt

描述：初始化用于加密语音的变量和指针。

(在VGS中加密IV)

输入：无(在VGS中KEY密钥和IV)

输出：无

名称：Zero_Keys_8

描述：将零写入一个或所有的8字节密钥。

输入：要清零的密钥号(或者全部)

输出：无

名称：Zero_Keys_16

描述：将零写入一个或所有16字节密钥。

输入：要零化的密钥号(或全部)

输出：无

名称：Load_Kev_8

描述：写8字节到8密钥之一。

输入：密钥地址从零到7。8字节的密钥数据。

输出：无

名称：Load_Kev_16

描述：写16字节到8密钥之一。

输入：密钥地址从零到7。16字节的密钥数据。

输出：无

名称：Load_Update_IV

描述：读出8个IV字节。混合IV与有效密钥并且更新密码。

输入：8个IV字节。

输出：无

名称：Update_Crypto

描述：混合目前密码与有效密钥并且更新该密码。

输入：要更新的字节数。

(NUMENCBYTES)一个标记以便发信号通知更新不由语音引起。

(SPDATAEN)

输出：无

名称：Specify_Active_Key

描述：选择8个密钥之一。处理密钥准备装入IV

输入：密钥地址从零到7。

输出：无

名称：Encrypt_Pata_Bytes

描述：利用密码通过XOR加密数据字节。

当可应用时密码被更新。

输入：要加密的数据字节数(NUMENCBYTES)一个标记用于发信号通知该数据是否是语音。(SPDATAEN)

一个指向第一输入字节的指针(I0)。

输出：一个指向第一输出字节的指针(I1)。

名称：Read_Crypto_Bytes

描述：读出8密码字节。(在VGS中读8个IV字节)

输入：无

输出：8密码字节。

名称：Write_Crypto_Bytes

描述：写8密码字节。(在VGV中写8IV字节)

输入：8密码字节

输出：无

名称：Zero_Keys_8

描述：写零到一个或所有的8字节密钥(DES)。

输入：要清零的密钥号(或全部)

输出：无

名称：load_Key_8

描述：写8字节到8密钥(DES)之一。

检查密钥零化和奇偶差错。

输入：密钥地址从0到7。8字节的密钥数据。

输出：密钥极性差错状态

名称：Specify_Active_Key

描述：选择8密钥(DES)之一。检查密钥零化和奇偶差错。

处理密钥准备装入IV。

输入：一个密钥地址从0到7。

输出：密钥零化差错状态

杂项程序：

名称：Cut_Samples

描述：从ADIcodec RX和TX缓冲器去掉样值。

输入：RX/TX模式选择；样值数。

输出：无

名称：Add_Samples

描述：加样值到ADICodecRX和Tx缓冲器。

输入：RX/TX模式选择；样值数。

输出：无

Claims

1.一种具有模拟语音信号连接和数据连接的单片语音处理模块，所述单片语音处理模块包括：

连接到所述模拟语音信号连接的第一变换装置，用于在所述模拟语音信号与第一数字语音信号之间变换；

连接到所述第一变换装置的第二变换装置，用于在所述第一数字语音信号与声编码的数字语音信号之间变换；

连接到所述第二变换装置的第三变换装置，用于在所述声编码的数字语音信号与加密的数字语音信号之间变换；和

连接在所述第三变换装置与所述数据连接之间的数据输入/输出装置，用于在所述第三变换装置与所述数据连接之间耦合所述加密的数字语音信号。

2.在单片语音处理模块内实时处理语音信号的方法，所述单片语音处理模块具有至少一条模拟语音信号引线和至少一条数据连接引线，所述方法包括以下步骤：

(a)在所述模拟语音信号与第一数字语音信号之间变换；

(b)在所述第一数字语音信号与声编码的数字语音信号之间变换；

(c)在所述声编码的数字语音信号与加密的数字语音信号之间变换；和

(d)耦合到/来自所述数据连接的所述加密的数字语音信号。

3.一种数字无线电设备，包括：

至少一个提供模拟信号的音频源；

连接用于接收所述模拟信号的单片语音处理模块，所述语音处理模块执行以下功能：

(a)变换所述模拟信号为数字信号，

(b)压缩所述数字信号为压缩的数字信号，

(c)加密所述压缩的数字信号，和

(d)输出所述加密的、压缩的数字信号；以及

连接用于接收由所述单片语音处理模块输出的所述加密的压缩数字信号的RF发送电路，所述RF发送电路产生包含所述加密的、压缩的数字信号的无线电信号并经过空中发送所述无线电信号。

4.一种数字无线电设备，包括：

要求一个输出模拟信号的至少一个音频目的地；

RF收发电路，用于经过空中发送RF信号和用于接收经过空中发送的RF信号；

连接用于控制所述RF收发电路的一个控制微处理器；和

一个语音处理模块，耦合到所述控制微处理器和所述输入与输出模拟信号，所述语音处理模块用于：

(a)变换所述输入模拟信号为数字信号，

(b)压缩所述数字信号，和

(c)加密所述数字信号。

5.一种数字无线电通信系统，包括：

一个天线；

连接到所述天线的一个射频收发信机部分；和

一个语音处理模块；以及

耦合到所述射频收发信机部分和所述语音处理模块的一个控制处理器，所述控制处理器用于耦合在所述射频收发信机与所述语音处理模块之间的数字数据；

其中所述语音处理模块可由所述控制处理器控制以便执行任何/所有的以下功能：

(a)加密或解密所述数字数据；和

(b)压缩或扩展所述数字数据。

6.根据权利要求5的系统，其中所述控制处理器写命令到所述语音处理模块，所述命令表明所述语音处理模块要执行哪些功能。

7.根据权利要求6的系统，其中所述命令之一是切去样值。

8.根据权利要求6的系统，其中所述命令之一是加上样值。

9.根据权利要求5的数字无线电通信系统，其中该射频收发信机部分包括一个发送/接收modem，它以预定的速率处理数字化的语音数据；和

该语音处理模块耦合到所述发送/接收modem，所述语音处理模块在通过所述发送/接收modem的数字化语音数据与模拟信号之间实时地变换，所述语音处理模块包括一个同步机制，用于在所述变换与所述发送/接收modem预定的数据处理速率之间自动地保持同步，所述同步机制包括用于自动地加上或从所述数字语音数据中切去样值以便保持所述同步的装置。

10.根据权利要求9的系统，其中所述无线电射频收发信机部分以帧收发数字的语音数据，并且所述同步机制对每帧加上或切去一定数量的样值。

11.根据权利要求5的语音处理系统，其中该语音处理模块包括：

一个数字信号处理器；

一个只读存储器，用于存储由所述数字信号处理器执行的程序控制指令；

连接到所述数字信号处理器的一个随机存取存储器；和

耦合到所述随机存取存储器的装入和控制装置，用于装入另外的程序控制指令到所述随机存取存储器，和控制所述数字信号处理器执行所述另外程序控制指令。

12.根据权利要求11的语音处理系统，其中所述装入和控制装置包括用于将转移表装入所述随机存取存储器的装置，所述转移表通过所述数字信号处理器把至少一些程序调用引导给存储在所述只读存储器中的程序指令，并且通过所述数字信号处理器把至少其它一些程序调用引导给装入所述随机存取存储器的程序指令。

13.一种数字无线电设备，包括：

发送和接收RF信号的装置；和

一个语音处理模块，包括一个数字处理器和一个程序存储器，所述程序存储器存储程序控制指令，所述数字信号处理器执行所述程序控制指令以便根据数字加密标准(DES)进行加密和解密。

14.一种数字无线电设备，包括：

发送和接收RF信号的装置；和

一个语音处理模块，包括一个数字信号处理器和一个程序存储器，所述程序存储器存储第一和第二组程序控制指令，所述数字信号处理器执行所述第一组程序控制指令进行加密和解密，所述数字信号处理器执行所述第二组程序控制指令进行声编码，所述数字信号处理器能够执行所述第一和第二组程序控制指令以实时地进行加密或解密和声编码数字化的语音数据流。