专利名称：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 实施力。密。这种加密方法对于传统的模拟语音传输或者采用脉沖编码调制(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语会有较大的改变， 因此采用传统的频镨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镨有较大的改变，因 此如果采用普通的频镨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i瞽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镨次序，改变原语音的 频镨。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； 根据所述加密的运算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，该方法所述解密过程采用频i脊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镨次序，改变原语音的可选的，该方法所迷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；实现筒单灵活，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。
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；# 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(Fl、 F2、…、Fn)加密，加密参数(Wl、 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；生成的结杲输出到加密模块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^^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Fl、 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Wl、 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i普扰乱的方法，利用加密参数矩阵102输入的加密参数Wl、 W2.....Wn，通过在各个频段(图3中Fl、 F2…Fn)使用不同的增益系数次序以及频镨次序，以达到改变原语音的频镨 从而使其不能直接识别。频傳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，比如将声音信号频语分为几段Fl:0~1000Hz ， F2 : 1000~2000Hz ， F3 : 2000 3000 ......; 加密时F1，=W1*F1， F2，=W2*F3， F3，=W3*F2....;其中Fl，、 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l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。
权利要求
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；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。
2. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，所述加密模块采用频 i昝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 以及频镨次序，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l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；或者该系统的输出端为所迷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。
7. 根据权利要求l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. —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； 根据所述加密的运算参数对矢量量化信号解码结杲进行信号的本地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。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述解密过程采用频 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 以及频镨次序，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。
全文摘要
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。
文档编号G09C1/00GK101329869SQ20081013533
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月31日 优先权日2008年7月31日
发明者宇 孙, 张琳峰, 李宝荣, 杨维忠, 林奕琳, 林衡华, 王庆扬, 海 肖, 彪 龙 申请人:中国电信股份有限公司