手机拨号盘声音加密系统及加密方法与流程

本发明设计音频加密技术领域，尤其是涉及一种随机音频混合干扰的手机拨号盘声音加密系统及加密方法。

背景技术：

我们在生活中，经常遇到一种情况，即手机拨打某银行客服中心电话办理业务。而拨打储蓄卡中心或信用卡中心这种情况下，往往会遇到这种情况，如“输入银行卡号”“请输入身份证号”“请输入交易密码”“请输入查询密码”等，我们往往认为在没有人偷窥的情况下，信息就是安全的。

实际上，在电话中，数字0～9的其中每一个都用两个不同的单音频传输，所用的 8个频率分成高频带和低频带两组，低频带有四个频率:679Hz，770Hz，852Hz和941Hz；高频带也有四个频率：1209Hz，1336Hz，1477Hz和1633Hz。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz和1209hz两个频率。这样8个频率形成16种不同的双频信号，电话机的每个按键音频是不一样的。对于有心之人在辨别按键音频后，完全可以得知输入内容，对用户来说存在信息泄密风险。

先前关于音频加密的案例中，具有语音加密和识别功能的手机（CN200510027701.5），该发明公开了一种具有语音加密和识别功能的手机，包括数字信号处理器、微控制器单元、基带、存储体；数字信号处理器、微控制器单元初始化后，数字信号处理器首先对输入手机的声音信号取样，获得的数据传送给微控制器单元，微控制器单元同时获取加密信号,然后由微控制器单元对声音信号取样数据和加密信号叠加处理，微控制器单元叠加处理的信息储存于存储体；并将存储信息与手机中储存的前一次信息比较，若相同则在数字信号处理器和基带间发出应答信号接通手机，若不相同则发出应答信号拒绝接通手机。该发明由于在手机上采用比较成熟的语音加密技术，操作简单同时安全性强。

此外于2013年基于OFDM的GSM语音加密系统（CN201320162194.6），该实用新型涉及一种基于OFDM的GSM语音加密系统，包括发射端模块和接收端模块，发射端模块和接收端模块分别设置于发射端手机和接收端手机；发射端模块包括A/D转换模块、AMBE压缩模块、加密模块、OFDM模块、RPE-LTP压缩模块和交织编码调制器，该实用采用OFDM模块调制传输方式对GSM语音进行加密处理，实现了简洁、快速、安全、低成本的GSM的语音安全通信；处理延迟小、声音清晰度高，保密性强。

以上现有专利技术主要针对语音通话进行加密，而本发明目的在于对通话中对手机键盘输入产生的音频和按键操作这一行为进行加密。

技术实现要素：

本发明针对目前手机通话办理业务时，手机按键拨号音存在被盗取辨别的风险，旨在检测用户有可能存在键盘输入行为时，开启不规则频率随机音频的加密干扰，并使用与用户按键速度接近的超低频干扰外界获取手指按键频率，从而防止用户的输入信息泄密。

本发明是通过以下技术方案实现的：

手机拨号盘声音加密方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，预先存储不规则频率音频及12个按键音频；

步骤S2，监听通话语音，获取通话语音的模拟信号；

步骤S3，判断所述通话语音中是否存在关键词；

若判断结果为否，返回步骤S2；

若判断结果为是，执行步骤S4；

步骤S4，监听用户对拨号盘的输入操作，获取用户输入操作产生的一操作音频；

步骤S5，调用所述12个按键音频，判断所述操作音频的频率是否与任一个所述按键音频的频率相同；

若判断结果为否，返回步骤S4；

若判断结果为是，执行步骤S6；

步骤S6，调用所述不规则频率音频，将所述不规则频率音频与所述操作音频随机混合，获得混合后的随机音频；

步骤S7，输出所述随机音频。

进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：

步骤S301）预存至少一关键词语音特征参数；

步骤S302）依次对所述通话语音的模拟信号进行预滤波处理、采样处理和A/D变换处理，获取至少一数字信号；

步骤S303）对所述数字信号进行预处理，获取至少一帧序列的加窗的短时信号；所述预处理包括预加重处理和加窗分帧处理；

步骤S304）对所述短时信号进行分析，提取通话语音的语音特征参数；

步骤S305）对比所述判断通话语音的语音特征参数与所述关键词语音特征参数；若所述通话语音的语音特征参数与任一关键词语音特征参数匹配，则判断为是；若所述通话语音的语音特征参数与每一关键词语音特征参数皆不匹配，则判断为否。

进一步地，所述步骤S304具体包括如下步骤：

步骤S3041）将所述短时信号的频谱转化为基于Mel频标的非线性频谱；

步骤S3042）将所述非线性频谱转换到倒谱域上。

进一步地，所述预先存储的12个按键音频为双音多频信号。

进一步地，在步骤S1~步骤S6中，对用户手指按键速率加入低频信号的干扰；所述低频信号频率为一在区间[0.0,1.0）Hz的随机值。

手机拨号盘声音加密系统包括监听单元1，用以监听通话语音，获取通话语音的模拟信号，以及用以监听用户对拨号盘的输入操作，获取用户输入操作产生的一操作音频；

关键词判断单元2，用以判断所述通话语音中是否存在关键词；

存储单元3，预先存储12个按键音频及不规则频率音频；

操作音频判断单元4，用以调用所述12个按键音频，判断所述操作音频的频率是否与任一个所述按键音频的频率相同；

音频混合单元5，用以调用所述不规则频率音频，将所述不规则频率音频与所述操作音频随机混合，获得混合后的随机音频；

混合音频输出单元6，用以输出所述随机音频。

进一步地，所述关键词判断单元2包括：

关键词特征参数存储单元201，用以预存至少一关键词语音特征参数；

模数转换单元202，用以依次对所述通话语音的模拟信号进行预滤波处理、采样处理和A/D变换处理，获取至少一数字信号；

预处理单元203，用以对所述数字信号进行预处理，获取至少一帧序列的加窗的短时信号；所述预处理单元包括预加重处理单元和加窗分帧处理单元；

语音特征参数提取单元204，用以对所述短时信号进行分析，提取通话语音的语音特征参数；

语音特征参数对比单元205，用以对比所述通话语音的语音特征参数与所述关键词语音特征参数；若所述通话语音的语音特征参数与任一关键词语音特征参数匹配，则判断为是；若所述通话语音的语音特征参数与每一关键词语音特征参数皆不匹配，则判断为否。

进一步地，所述语音特征参数提取单元204包括：

频谱转化单元2041，用以将所述短时信号的频谱转化为基于Mel频标的非线性频谱；

频谱转换单元2042，用以将所述非线性频谱转换到其倒谱域上。

进一步地，所述预先存储的12个按键音频为双音多频信号；所述预设的不规则音频频率包括2种以上彼此混合的随机音频频率。

进一步地，所述手机拨号盘声音加密系统还包括

低频单元，用以生成一低频信号干扰外界识别用户手指按键操作。

进一步地，所述手机拨号盘声音加密系统的最终输出频率为用户按键速率与低频信号频率的和频或差频。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对手机按键音频施加了多种随机音频频率的混合干扰，就算按键音被截获，由于不知道如何解密也不能获知对应的键位，从而对人的隐私以及财产起到了保护作用；用1Hz左右的超低频信号对按键速率进行干扰，使外界难以辨别用户按键操作；系统智能化，控制单元根据监控装置接收的特定语音信息判断是否启用存储单元，根据接收的特定音频信息判断是否调用存储单元中的随机音频开启干扰，简单便捷。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明中关键词判断单元的结构框图；

图3为本发明的流程图；

图4为本发明中步骤S3的流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明通过对手机按键音频施加了多种随机音频频率的混合干扰，实现对手机拨号盘声音加密，如图1所示，手机拨号盘声音加密方法，该加密方法包括：

步骤S1，预先存储12个按键音频及不规则频率音频；

步骤S2，监听通话语音，获取通话语音的模拟信号；

步骤S3，判断所述通话语音中是否存在关键词；

若判断结果为否，返回步骤S2；

若判断结果为是，执行步骤S4；

步骤S4，监听用户对拨号盘的输入操作，获取用户输入操作产生的一操作音频；

步骤S5，调用所述12个按键音频，判断所述操作音频的频率是否与任一个所述按键音频的频率相同；

若判断结果为否，返回步骤S4；

若判断结果为是，执行步骤S6；

步骤S6，调用所述不规则频率音频，将所述不规则频率音频与所述操作音频随机混合，获得混合后的随机音频；步骤S7，输出所述随机音频。

进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：

步骤S301）预存至少一关键词语音特征参数；

步骤S302）依次对所述通话语音的模拟信号进行预滤波处理、采样处理和A/D变换处理，获取至少一数字信号；

步骤S303）对所述数字信号进行预处理，获取至少一帧序列的加窗的短时信号；所述预处理包括预加重处理和加窗分帧处理；

步骤S304）对所述短时信号进行分析，提取通话语音的语音特征参数；

步骤S305）对比所述通话语音的语音特征参数与所述关键词语音特征参数；若所述通话语音的语音特征参数与任一关键词语音特征参数匹配，则判断为是；若所述通话语音的语音特征参数与每一关键词语音特征参数皆不匹配，则判断为否。

进一步地，所述步骤S304具体包括如下步骤：

步骤S3041）将所述短时信号的频谱转化为基于Mel频标的非线性频谱；

步骤S3042）将所述非线性频谱转换到倒谱域上。

进一步地，所述预先存储的12个按键音频为双音多频信号。

进一步地，所述预设的不规则音频频率包括2种以上彼此混合的随机音频频率。

进一步地，在步骤S1~步骤S6中，对用户手指按键速率加入低频信号的干扰。

进一步地，所述低频信号频率为一在区间[0.0,1.0）Hz的随机值。

一种手机拨号盘声音加密系统，其特征在于，它包括

监听单元，用以监听通话语音，获取通话语音的模拟信号；用以监听用户对拨号盘的输入操作，获取用户输入操作产生的一操作音频；

关键词判断单元，用以判断所述通话语音中是否存在关键词；

存储单元，预先存储12个按键音频及不规则频率音频；

操作音频判断单元，用以调用所述12个按键音频，判断所述操作音频的频率是否与任一个所述按键音频的频率相同；

音频混合单元，用以调用所述不规则频率音频，将所述不规则频率音频与所述操作音频随机混合，获得混合后的随机音频；

混合音频输出单元，用以输出所述随机音频。

进一步地，所述关键词判断单元包括

关键词特征参数存储单元，用以预存至少一关键词语音特征参数；

模数转换单元，用以依次对所述通话语音的模拟信号进行预滤波处理、采样处理和A/D变换处理，获取至少一数字信号；

预处理单元，用以对所述数字信号进行预处理，获取至少一帧序列的加窗的短时信号；所述预处理单元包括预加重处理单元和加窗分帧处理单元；

语音特征参数提取单元，用以对所述短时信号进行分析，提取通话语音的语音特征参数；

语音特征参数对比单元，用以对比所述通话语音的语音特征参数与所述关键词语音特征参数；若所述通话语音的语音特征参数与任一关键词语音特征参数匹配，则判断为是；若所述通话语音的语音特征参数与每一关键词语音特征参数皆不匹配，则判断为否。

进一步地，所述语音特征参数提取单元包括

频谱转化单元，用以将所述短时信号的频谱转化为基于Mel频标的非线性频谱；

频谱转换单元，用以将所述非线性频谱转换到其倒谱域上。

进一步地，所述预先存储的12个按键音频为双音多频信号。

在电话中，数字0～9的其中每一个都用两个不同的单音频传输,所用的 8个频率分成高频带和低频带两组,低频带有四个频率:679Hz，770Hz，852Hz，和941Hz；高频带也有四个频率：1209Hz，1336Hz，1477Hz和1633Hz。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz和1209Hz两个频率。这样8个频率形成16种不同的双频信号。

进一步地，所述预设的不规则音频频率包括2种以上彼此混合的随机音频频率。

进一步地，所述手机拨号盘声音加密系统还包括

低频单元，用以生成一低频信号干扰外界识别用户手指按键操作。

进一步地，所述手机拨号盘声音加密系统的最终输出频率为用户按键速率与低频信号频率的和频或差频。

实施例

手机按键的声音是双音多频(DualToneMulti Frequency,DTMF)信号，一串电话号码中可能出现重复的数字，这样就导致其频谱发生重叠，又或者是不同的数字也有可能含有相同的频率分量，故而如果将整串按键声音拿来分析，那样就有可能分析出来的电话号码不全，甚至根本就分析得不出其对应的电环号码。所以传统分析手机按键音双音多频的方法是预先截取并存储各个按键的声音，然后再分别对各个接收到的按键音进行分析，找出其对应的拨号按键。

因此阻碍按键音分析最有效的作法的是分别对各个接收到的按键音进行干扰处理，使得外界无法获取对应的拨号按键。

具体实施步骤如下:

步骤S1，预先存储12个按键音频及不规则频率音频；

步骤S2，监听通话语音，获取通话语音的模拟信号；

步骤S3，判断所述通话语音中是否存在关键词；

步骤S301）预存“请输入”这一关键词语音特征参数；

步骤S302）依次对所述通话语音的模拟信号进行预滤波处理、采样处理和A/D变换处理，获取数字信号；

步骤S303）对所述数字信号进行预加重处理和加窗分帧处理，获取至少一帧序列的加窗的短时信号；

步骤S304）对处理后的短时信号进行分析，寻找关键词“请输入”的语音特征参数；

步骤S305）对比所述通话语音的语音特征参数与所述关键词语音特征参数；所述通话语音的语音特征参数与“请输入”的语音特征参数匹配，判断为是，执行步骤S4；

步骤S4，监听单元继续接受手机发出的音频信息，此时用户摁下4号键，即生成低频为770Hz，高频为1209Hz的双音频信号，

控制单元此时调用数据存储单元中12个手机按键音频，手机发出的音频信息与12个按键音频共同输入至数据控制单元；

步骤S5，数据控制单元持续对音频信息与12个按键音频比对，依次判断音频频率与12个按键音频的高低频是否吻合，

判断结果与存储的按键4音频吻合，跳转至步骤S6，

步骤S6，存储单元开启时已内置随机音频频率，假设该音频为2组固定频率信号的循环组合，循环间隔为Ns，频率分别为300Hz和600Hz，数据单元调用存储单元中的不规则音频频率，所述不规则音频频率与S5步骤中通过验证的音频频率进行混合，

所述不规则音频频率为2种不同频率混合使用，最终得到新的随机音频，

混合优选采取和频或差频的方式，例如4号键为770Hz和1209Hz的双音频信号，经过和频转换为周期Ns，1070Hz/1509Hz与1370Hz/1809Hz交替变化的双音频信号，

完成一次混合后，再回退至步骤S4，用户一段时间未进行输入操作，监听单元接收到了外界杂音，控制单元调用存储单元中12个手机按键音频，手机按键发出的音频信息与12个按键音频共同输入至控制单元；

步骤S5，控制单元继续对音频信息与12个按键音频比对，依次判断音频频率与12个按键音频的高低频是否吻合，

由于输入的音频是杂音，与事先存储的12对双音频信号不符，验证失败，回退至步骤S5开始重新判断，

数据监听单元继续接受手机发出的音频信息用户完成第二次输入，摁下8号键，产生了低频852Hz，高频1336Hz的双音频信号，

数据控制单元此时调用数据存储单元中12个手机按键音频，手机发出的音频信息与12个按键音频共同输入至数据控制单元；

数据控制单元持续对音频信息与12个按键音频比对，依次判断音频频率与12个按键音频的高低频是否吻合，

判断结果与存储的按键4音频吻合，跳转至步骤S6，

步骤S6，控制单元调用存储单元中的不规则音频频率，所述不规则音频频率与S5步骤中通过验证的音频频率进行混合，

所述不规则音频频率为2种及以上不同随机音频频率混合使用，最终得到新的随机音频，

混合优选采取和频方式，8号键为852Hz和1336Hz的双音频信号，经过和频转换为周期Ns，1152Hz/1636Hz与1452Hz/1936Hz交替变化的双音频信号，

在步骤S1~S6期间用频率V，一个在区间[0.0，1.0）Hz内随机变化的低频对用户的按键速率S进行干扰，按键速率变为随机频率，

用户按键速率一般为S=1.2次/秒，也就是1.2Hz，经过随机低频干扰后变为V=S±V，即区间（0.2,2.2）Hz内的随机速率，影响了外界对于用户是否在操作手机按键的判断。

本发明的有益效果在于对手机按键音频施加了多种随机音频频率的混合干扰，就算按键音被截获，由于不知道如何解密也不能获知对应的键位，从而对人的隐私以及财产起到了保护作用；用1Hz左右的超低频信号对按键速率进行干扰，使外界难以辨别用户按键操作；系统智能化，控制单元根据监控装置接收的特定语音信息判断是否启用存储单元，根据接收的特定音频信息判断是否调用存储单元中的随机音频开启干扰，简单便捷。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。